JP4923232B2 - 太陽電池パネル - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池パネルの構造及び当該太陽電池パネルに使用される透明板に関する。
一般に、アモルファスシリコンや単結晶シリコンから成る太陽電池パネルは、太陽光を良く吸収するため、発電効率（すなわち、太陽光が照射する全パワーに対して、太陽電池によって発電される電力の割合）が２０％を越えるものもある。
ところが、アモルファスシリコンや単結晶シリコンから成る太陽電池パネルは、通常、全体が黒色でありデザイン上制約されるため、人目につく場所である一般住宅の屋根に並べる場合等には、外観上、美観を損なうことがあり、この結果、太陽電池パネルの普及が遅れる一因となっている。
一方、太陽電池パネルに色を付ける試みが、従来、種々提案されている。例えば、特開昭６０−１４８１７４号公報（特許文献１）には、可視光スペクトルの一部を選択的に反射する選択反射層を設けた太陽電池が開示されている。特許文献１のように、太陽光の可視スペクトルの一部を反射する選択反射膜をコーティングした場合、反射された可視光のスペクトルの色を観察者が見ることができ、この結果、色つきの太陽電池を得ることができる。
更に、実公平７−２９６４６号公報（特許文献２）には、太陽電池の発電に寄与する波長域の光を含む可視スペクトルにおける特定波長の光を四方に散乱させ、散乱光の一部を観察者に到達させると共に、特定波長以外の光を透過する波長選択散乱層を設けた太陽電池が開示されている。
特許文献１及び２に記載されたように、可視光スペクトルの一部を反射させたり、散乱させるために、選択反射層又は波長選択散乱層を設けた場合、可視光スペクトルの一部が太陽電池の発電に利用されない。このため、特許文献１及び２に示された技術では、原理的に発電効率が低下してしまうことが問題であった。
本発明の目的は、原理的に発電効率を低下させることなく、発色する太陽電池パネルを提供することである。
本発明の他の目的は、太陽電池の発電効率を低下させることの無い可視光透明板を提供することである。
本発明に係る太陽電池パネルは、赤外光を吸収し、可視光を放出することを特徴とする透明板で太陽電池を覆った構成を備えている。すなわち、図３に示したように、太陽光スペクトルは、可視域から、１０００ｎｍより長い赤外までの広いスペクトルを含むが、図４に示した一般のシリコン太陽電池の感度特性と、図５に示したシリコン太陽電池の吸収スペクトルから判るように、１０００ｎｍ以上の赤外光は太陽電池発電にはほとんど利用されていない。
このことを利用して、本発明では、発電にほとんど利用されない１０００ｎｍ以上の赤外光のエネルギーを可視光に変換する材料によって形成された透明板により太陽電池を覆うことにより、発電効率を全く落とさずに発色する太陽電池パネルが得られる。
また、前記赤外光を吸収し可視光を放出する透明板として、特に、ランタノイド系列の原子（あるいはそのイオン）を２種以上含んだ材料、特に、ガラスが使用される。これによると、少なくとも２種の原子の内、一つの原子として、赤外光を効率良く吸収する原子を選び、他の原子として、可視光を発生する原子を選ぶことができる。なお、前記材料にドープさせるランタノイド系の原子は、発色動作を行う際は、イオンとして振舞うため、これらイオンを含んだ材料と表現することもできる。
本発明によれば、太陽電池の動作に寄与しない赤外成分の太陽エネルギーを元に発色させることから、太陽電池の発電効率を低下させることはない。
また、本発明によれば種々の発光パネルを実現できるので従来の黒色パネルに比して装飾的な観点からも優れた効果を有する。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施例である太陽電池パネル１０の概観と、その動作原理を示す説明図である。図示された太陽電池パネル１０は、アモルファスシリコンを用いた太陽電池１２と、当該太陽電池１２の上に貼り付けられた５ｍｍ程度の厚さの透明板１１とを有している。透明板１１はパイレックス（登録商標）ガラスから成り、ランタノイド系列の原子（ただしイオン化されている原子も含む。）として、イッテルビウム（Ｙｂ）とエルビウム（Ｅｒ）との２種がドープされている。Ｙｂは波長１０００ｎｍ近傍の赤外光の光子を吸収する性質があり、太陽光Ｌ１が照射されると、それに含まれる赤外成分によって準安定状態に励起する。この準位は比較的長いため、基底準位に失活するまでに、さらに赤外光の光子を吸収することができ、さらに、可視光のエネルギーレベルに相当する高い準位に励起される。そこで、可視域に多くのエネルギー準位を有するエルビウムにエネルギー移乗でき、エルビウムが可視光Ｌ２を発光する。発生する可視光Ｌ２は、四方八方に放出されるため、太陽電池１２と反対側に発散するため、色が着いて見えるが、太陽電池１２側に進む可視光は、太陽電池の発電に利用される。
次に、本発明の太陽電池パネルの第２実施例を図２を用いて説明する。図２（ａ）は太陽電池パネル２０の概観を示す斜視図であり、図２（ｂ）はその動作原理を説明する図である。図示された太陽電池パネル２０は、単結晶シリコンを用いた太陽電池２２と、当該太陽電池２２の上に貼り付けられた透明板２１とによって構成されている。図示された透明板２１は、ソーダガラスから成り、ランタノイド系列の原子として、２種類のランタノイド系列の原子として、サマリウム（Ｓｍ）とユーロピウム（Ｅｕ）がドープされている。
ここで、この実施例に係る太陽電池パネルの原理を説明すると、透明板２１に太陽光Ｌ１にあたると、太陽光Ｌ１に含まれる赤外光を吸収したサマリウム（Ｓｍ）によってエネルギーをもった電子が生成し、これにより、ユーロピウム（Ｅｕ）が電子と再結合する際に可視光Ｌ２を発生する。これによって、太陽電池パネル２０は発色して見える。この場合、本実施例におけるユーロピウム（Ｅｕ）の代わりに、セリウム（Ｃｅ）を用いてもよい。
本発明の太陽電池パネルに適する透明板は図１、図２のどちらの原理のものを用いてもよいが、透明板に添加する原子の種類によって、発色が異なることから、太陽電池パネルを様々な色で発色させることができる。
上記した実施例では、透明板としてガラスを用いた場合についてのみ説明したが、本発明に係る透明板はガラスに限定されることなく、例えば、透明なプラスチックによって形成されても良い。
本発明に係る太陽電池パネルは、一般住宅用だけでなく、屋根よりも人目に付く垂直な壁に取り付けても、美的概観を損ねることはないため、特に高層ビルの壁に適する。また、自動車や列車のボディーなどにおいては、本来の塗装色と同様な色で発色する透明板を取り付けることで、美的概観を損ねることはない。
また、可視光を発生する元素を適宜組み合わせ選択することにより種々の発光が可能な太陽電池パネルを実現することができるので、太陽電池という光・電気変換素子としての利用のみならず、建造物等にも装飾的な機能を持つ外壁材として積極的に利用することができる。
以上のように、本発明は多くの需要が期待できるため、国全体における省エネ効果が著しく増大する。
１０、２０ 太陽電池パネル
１１、２１ 透明板
１２、２２ 太陽電池
Ｌ１ 太陽光
Ｌ２ 可視光
１１、２１ 透明板
１２、２２ 太陽電池
Ｌ１ 太陽光
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Claims (4)
- 太陽光中の可視光に対して透明で、且つ、１０００ｎｍ以上の赤外光を吸収し、可視光を放出する透明板と、当該透明板で覆われ、前記太陽光中の前記可視光及び前記透明板から放出された前記可視光の一部によって発電し、且つ、前記赤外光が発電に寄与しない太陽電池とを有し、前記透明板は、ランタノイド系列の原子あるいはイオンを２種以上含み、更に、前記透明板から放出された前記可視光によって発色する構成を備え、外装材として使用され、
前記ランタノイド系列の原子あるいはイオンの一つは、赤外領域に準安定状態を備えるか、或いは、赤外光を吸収して、電子を生成するものであり、前記ランタノイド系列の原子あるいはイオンの他の一つは、可視域にエネルギー準位を有するか、或いは、前記電子と再結合して可視光を発生するエネルギー準位を有するものであることを特徴とする太陽電池パネル。 - 前記ランタノイド系列の原子あるいはイオンの２種は、サマリウム（Ｓｍ）とユーロピウム（Ｅｕ）、あるいは、それらのイオンであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
- 前記ランタノイド系列の原子あるいはイオンの２種は、サマリウム（Ｓｍ）とセリウム（Ｃｅ）、あるいはそれらのイオンであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
- 前記ランタノイド系列の原子あるいはイオンの２種は、イッテルビウム（Ｙｂ）とエルビウム（Ｅｒ）、あるいはそれらのイオンであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
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