JP5301173B2 - Solar cell assembly - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入射した光を光電変換素子に直接誘導したり反射させて誘導したりして、その光の特定の波長を電気に変換する太陽電池のアセンブリに関するものである。 The present invention relates to an assembly of a solar cell that directs incident light to a photoelectric conversion element or reflects and guides it to convert a specific wavelength of the light into electricity.
太陽電池は、シリコン結晶半導体や有機半導体の光電変換素子が光を受けたときに、それの光起電力により電気を、発生させるものである。 A solar cell generates electricity by its photovoltaic power when a photoelectric conversion element such as a silicon crystal semiconductor or an organic semiconductor receives light.
太陽電池は、パネル板状のシリコン結晶半導体の光電変換素子を用いたものが汎用されている。この光電変換素子は、ヒ素を混入したn型シリコン結晶の薄膜に、ホウ素を含有させたp型シリコン結晶の薄膜を積層させ、両薄膜に電極を接続させたものが知られている。このような光電変換素子を、ガラス製カバーやアクリル樹脂又はエポキシ樹脂等の透明樹脂製カバーで被覆して、太陽電池アセンブリとしている。ガラス製カバーは重くて任意の形状に成形加工し難いうえ割れ易く、一方透明樹脂製カバーは耐光性・耐熱性・耐擦傷性に劣り、とりわけエポキシ樹脂製カバーは経時的に黄変して光の透過を妨害してしまう。しかも、入射光側の電極でその光が遮られ十分に活用されない。さらに高価な高純度のシリコン結晶の薄膜を積層させるのは煩雑で歩留まりが悪いうえコストがかかる。 A solar cell using a panel plate-like silicon crystal semiconductor photoelectric conversion element is widely used. This photoelectric conversion element is known in which a thin film of p-type silicon crystal containing boron is laminated on a thin film of n-type silicon crystal mixed with arsenic, and electrodes are connected to both thin films. Such a photoelectric conversion element is covered with a glass cover or a transparent resin cover such as an acrylic resin or an epoxy resin to form a solar cell assembly. Glass covers are heavy and difficult to mold into any shape and are easy to break, while transparent resin covers are inferior in light resistance, heat resistance, and scratch resistance. Epoxy resin covers, in particular, turn yellow over time and light. Will be blocked. In addition, the light is blocked by the electrode on the incident light side and is not fully utilized. Furthermore, it is complicated and expensive to deposit thin films of high-purity silicon crystals that are expensive.
凸レンズやフレネルレンズでパネル薄片状の光電変換素子に光を集束させる太陽電池アセンブリも知られている。このような太陽電池アセンブリは、レンズと光電変換素子との間の空気層があるために光電変換素子の表面反射による光のロスを生じてしまう。 A solar cell assembly is also known in which light is focused on a panel flake-like photoelectric conversion element using a convex lens or a Fresnel lens. In such a solar cell assembly, since there is an air layer between the lens and the photoelectric conversion element, light loss due to surface reflection of the photoelectric conversion element occurs.
光−電気エネルギー変換半導体は、特定の領域の波長しか変換しない。波長スペクトル域が広い太陽光を光−電気エネルギー変換するために、非特許文献1のように、複数の光−電気エネルギー変換半導体を積層して太陽光の全波長領域に対して光電変換する素子が知られている。このような素子は、多層のため構造が複雑で製造し難く、実用性・汎用性に欠けるうえ、製造コストが高く、そのために広範囲に多数設置すると多額を必要とする。
Opto-electric energy conversion semiconductors only convert wavelengths in a specific region. In order to convert light-electric energy into sunlight with a wide wavelength spectrum, as in
特許文献1には、第1半導体層とその外方の第2半導体層とを有するほぼ球状の光電変換素子とを有する略球状の光電変換素子が、複数の椀状で反射性支持体の各凹部に配置されている安価な光発電装置が開示されている。このような光発電装置は、多方位からの反射光を受光して光電変換できる。しかし、波長スペクトル域が広い太陽光の内のごく一部の波長域の光を、光−電気エネルギー変換しているに過ぎず、エネルギー変換効率が悪い。
In
石油や石炭のような埋蔵型エネルギー資源は、無尽蔵でないうえ、国際摩擦、二酸化炭素ガスの排出による地球温暖化、インフラ整備の必要性などの問題があることから、太陽光を用いた太陽電池の汎用化に向けて、従来のものよりもエネルギー変換効率や出力を向上させ、製造コストを低減させるための研究が進められている。 Since buried energy resources such as oil and coal are not inexhaustible, there are problems such as international friction, global warming due to the emission of carbon dioxide gas, and the need for infrastructure development. Research toward improving the energy conversion efficiency and output compared to the conventional ones and reducing the manufacturing cost is being promoted toward generalization.
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、屋内外での設置場所や向きに依存することなく、垂直に又は斜めから入射する光を効果的に利用して高出力の電気を長時間安定して発生でき、光電変換できない波長の光を波長を変えて光電変換できるようにして光電変換効率を良くし、また、強い光や熱に長期間曝されても黄変したり劣化したりせず耐光性や耐熱性に優れ、寿命が長くて信頼性が高く、簡易な構造であって、簡便に製造でき生産性が良く、環境保全に資する安価な太陽電池アセンブリを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to achieve high output electricity by effectively using light incident vertically or obliquely without depending on the installation location and orientation indoors and outdoors. Improves photoelectric conversion efficiency by changing the wavelength of light that can be stably generated for a long time and can not be photoelectrically converted, and also yellows or deteriorates even when exposed to strong light or heat for a long time To provide an inexpensive solar cell assembly that has excellent light resistance and heat resistance, has a long life, is highly reliable, has a simple structure, can be easily manufactured, has high productivity, and contributes to environmental conservation With the goal.
前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項1に記載の太陽電池アセンブリは、半導体層を積層した光電変換素子へ入射光を反射して集束させる反射凹面の底部又はその上部に、前記光電変換素子が配置され、前記反射凹面の少なくとも開放面が、光を透過するもので光散乱剤を含有したシリコーン樹脂で形成されている樹脂体で覆われ、前記樹脂体の内に前記光電変換素子が封止されており、前記樹脂体に、蛍光材及び/又はりん光材が含有され、又は蛍光材及び/又はりん光材を含有する層が付されていることによって、前記光電変換素子に前記入射光が到達する途中に、その光の一部を波長変換する前記蛍光材及び/又はりん光材が配置されており、前記シリコーン樹脂が、ジメチルオルガノポリシロキサンをベースポリマーとするもので、液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂原料組成物を熱硬化した付加反応硬化型シリコーン樹脂であって、前記光電変換素子は、一方の半導体層の表面が他方の半導体層で覆われ、他方の半導体層の欠落部分から一方の半導体層が露出しているものであり、その他方の半導体層が電極に接続し、その一方の半導体層が前記露出部分を通じて電極エレメントに接続しており、前記反射凹面が電極を兼ねる金属層からなり、前記他方の半導体層が前記金属層に接触されつつ前記光電変換素子が配置されていることを特徴とする。
The solar cell assembly according to
この太陽電池アセンブリは、前記反射凹面の少なくとも開放面が、光を透過する樹脂体で覆われ、前記樹脂体に、蛍光材及び/又はりん光材が含有され、又は蛍光材及び/又はりん光材を含有する層が付されているものである。 Solar cell assembly this is at least the open surface of the front Symbol reflective concave surface, is covered with resin body that transmits light, the resin body, a fluorescent material and / or phosphorescence material is contained, or fluorescent material and / or in which the layer containing the phosphorescent material is attached.
請求項2に記載の太陽電池アセンブリは、請求項1に記載されたもので、前記光電変換素子が、蛍光材及び/又はりん光材を含有する層で被覆されていることを特徴とする。
Solar cell assembly according to
この太陽電池アセンブリは、前記樹脂体が、シリコーン樹脂で形成されている。 Solar cell assembly this is before Symbol resin body, that is formed with a silicone resin.
請求項3に記載の太陽電池アセンブリは、請求項1に記載されたもので、前記光電変換素子が前記反射凹面に接触して載置され前記樹脂体で封止されているものを単位として、かかる単位の構成が、前記樹脂体と前記反射凹面が連続していることにより連結していることを特徴とする。
The solar cell assembly according to
請求項4に記載の太陽電池アセンブリは、請求項1〜3の何れかに記載されたもので、前記シリコーン樹脂原料組成物が、前記ジメチルオルガノポリシロキサンをベースポリマーとしつつ、オルガノハイドロジェンポリシロキサンと、重金属系触媒、有機金属化合物、及び金属脂肪酸塩から選ばれる触媒とを含むことを特徴とする。
請求項5に記載の太陽電池アセンブリは、請求項1〜4の何れかに記載されたもので、前記シリコーン樹脂が、その硬度をJIS K 7215の方法により測定されるショアD硬度で20°〜90°とすることを特徴とする。
請求項6に記載の太陽電池アセンブリは、請求項1〜4の何れかに記載されたもので、前記シリコーン樹脂が、ゲル状又はゴム状の前記付加反応硬化型のシリコーン樹脂であることを特徴とする。
請求項7に記載の太陽電池アセンブリは、請求項1に記載されたもので、前記シリコーン樹脂原料組成物が無溶媒であることを特徴とする。
The solar cell assembly according to
The solar cell assembly according to
The solar cell assembly according to
A solar cell assembly according to a seventh aspect is the solar cell assembly according to the first aspect , wherein the silicone resin raw material composition is solvent-free.
請求項8に記載の太陽電池アセンブリは、請求項1に記載されたもので、前記樹脂体の光入射面が、ナノメートルオーダーの凹凸が付されて粗らされていることを特徴とする。 The solar cell assembly according to an eighth aspect is the one according to the first aspect, wherein the light incident surface of the resin body is roughened with irregularities of nanometer order.
請求項9に記載の太陽電池アセンブリは、請求項1に記載されたもので、前記樹脂体の光入射面が、導光板及び導光フィルムの何れかの導光材と、積層され又は一体化されており、前記導光材が前記光入射面よりも広いことを特徴とする。 A solar cell assembly according to a ninth aspect is the one according to the first aspect, wherein a light incident surface of the resin body is laminated or integrated with a light guide material of a light guide plate or a light guide film. The light guide material is wider than the light incident surface.
請求項10に記載の太陽電池アセンブリの製造方法は、凹面を有するカップの前記凹面にメッキを付し、その凹面に光電変換素子を載置した後、前記凹面を前記光電変換素子ごと光透過性樹脂体で封止する太陽電池アセンブリの製造方法であって、前記光電変換素子は、一方の半導体層の表面が他方の半導体層で覆われ、他方の半導体層の欠落部分から一方の半導体層が露出しているものであり、その他方の半導体層が電極に接続し、その一方の半導体層が前記露出部分を通じて電極エレメントに接続しており、前記反射凹面が電極を兼ねる金属層からなり、前記他方の半導体層が前記金属層に接触されつつ前記光電変換素子が配置されていて、蛍光材及び/又はりん光材を含有させて前記樹脂体を形成し、又は前記樹脂体を形成してから蛍光材及び/又はりん光材を含有する層を付し、又は蛍光材及び/又はりん光材を含有する層で前記光電変換素子を被覆してから前記樹脂体を形成するものであって、前記シリコーン樹脂が、ジメチルオルガノポリシロキサンをベースポリマーとするもので、液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂原料組成物を熱硬化した付加反応硬化型シリコーン樹脂であることによって、請求項1に記載の太陽電池アセンブリを製造することを特徴とする。
The method of manufacturing a solar cell assembly according to
本発明の太陽電池アセンブリは、入射光を光電変換素子に誘導しつつ、その素子に直接誘導できなかった入射光をこの素子に向けて内面反射(全反射)させて、効率よく光電変換して電気を発生させることができるものである。特に反射凹面が椀状であって凹面底部又はその上部に球状、板状、柱状、直方体状、多角体状、円錐状、又は多角錐状の小さな光電変換素子が配置されていると、多方向からの入射光を方向に依存することなく光電変換素子へ誘導できるので、棒状の大きな光電変換素子やシート状の広い光電変換素子のように入射方向に依存する場合よりも、格段に光電効率が良い。しかも透明樹脂体による封止により空気との屈折率が相違する樹脂により、斜めに入射した光を屈折させて、光電変換素子へ直接到達させたり光電変換素子より大きな反射凹面で反射させて間接的に光電変換素子へ到達させて、効率的に光電変換させることができる。 The solar cell assembly of the present invention efficiently induces photoelectric conversion by directing incident light to a photoelectric conversion element and internally reflecting (total reflection) incident light that could not be directly guided to the element. It can generate electricity. In particular, if the reflective concave surface is bowl-shaped and a small photoelectric conversion element having a spherical shape, a plate shape, a columnar shape, a rectangular parallelepiped shape, a polygonal shape, a conical shape, or a polygonal pyramid shape is arranged at the bottom or upper portion of the concave surface, it is multidirectional. Can be guided to the photoelectric conversion element without depending on the direction, so that the photoelectric efficiency is significantly higher than the case where it depends on the incident direction, such as a large rod-shaped photoelectric conversion element or a wide sheet-shaped photoelectric conversion element. good. In addition, the resin having a refractive index different from that of air by sealing with a transparent resin body refracts light incident obliquely and directly reaches the photoelectric conversion element or reflects it on a reflective concave surface larger than that of the photoelectric conversion element to indirectly. It can be made to reach the photoelectric conversion element to efficiently perform photoelectric conversion.
この太陽電池アセンブリは、入射光の波長の内、光電変換素子で光電変換できない波長の一部を光電変換可能な波長へ蛍光材やりん光材で変換し、より効率よく光電変換し、光電変換効率を向上させるというものである。蛍光材やりん光材を有していると、発光素子からの光の波長と異なる波長の蛍光やりん光を発することができるので、蛍光材やりん光材の選択により、光電変換素子の変換特性に応じて所望のさまざまな波長の光を光電変換素子へ到達させることができる。特に、少なくとも蛍光材またはりん光材を含む層で光電変換素子の周囲を被覆することにより、小さな層面積で光電変換素子に入射する光を効率よく、蛍光材またはりん光材が発光する特定波長に波長変換することができる。 This solar cell assembly converts a part of the wavelength of incident light that cannot be photoelectrically converted by the photoelectric conversion element to a wavelength that can be photoelectrically converted by a fluorescent material or phosphorescent material, and performs photoelectric conversion more efficiently. It is to improve efficiency. When a fluorescent material or phosphorescent material is included, fluorescence or phosphorescence having a wavelength different from that of the light emitted from the light emitting element can be emitted. Light of various desired wavelengths can reach the photoelectric conversion element depending on the characteristics. In particular, by covering the periphery of the photoelectric conversion element with a layer containing at least a fluorescent material or a phosphorescent material, the specific wavelength at which the fluorescent material or phosphorescent material efficiently emits light incident on the photoelectric conversion element with a small layer area Can be converted into a wavelength.
この太陽電池アセンブリは、軽くて耐光性・耐熱性・耐衝撃性に優れ任意の形状に成形できるシリコーン樹脂等の樹脂体内に光電変換素子が封止されたものであるから、振動や高温に曝されることによって、破損しない。 This solar cell assembly is light and excellent in light resistance, heat resistance, and impact resistance, and a photoelectric conversion element is sealed in a resin body such as a silicone resin that can be molded into an arbitrary shape. Will not break.
樹脂、特にシリコーン樹脂で形成された樹脂体は、屈折率が比較的高く、太陽光のような様々な波長の光に対する高い透過率を有し、さらに蛍光またはりん光を吸収することなく効率よく導光し、しかも経時的に黄変したり変質したりする劣化を惹き起こさないので、入射光の損失が少なく、光電変換効率が良い。また、この樹脂体が、赤外線や紫外線等の光、水、熱、振動に対し安定であるから、太陽電池アセンブリは、風雨や長期間の強い日差しに曝されても、劣化せず、耐光性・耐候性・耐熱性のような耐久性に優れ、寿命が長く、信頼性がある。 Resin bodies, especially those made of silicone resin, have a relatively high refractive index, have a high transmittance for light of various wavelengths such as sunlight, and are efficient without absorbing fluorescence or phosphorescence. Since the light is guided and does not cause deterioration such as yellowing or alteration over time, the loss of incident light is small and the photoelectric conversion efficiency is good. In addition, since this resin body is stable to light such as infrared rays and ultraviolet rays, water, heat, and vibration, the solar cell assembly does not deteriorate and is light resistant even when exposed to wind and rain or strong sunlight for a long time.・ Excellent durability such as weather resistance and heat resistance, long life and reliability.
しかも封止により空気との屈折率が相違する樹脂体により、支持体の縁で遮られて光電変換素子へ向わず斜めに入射した光を樹脂体により屈折させて、光電変換素子へ直接到達させたり深く大きな反射凹面で反射させて間接的に光電変換素子へ到達させたりして、効率的に光電変換させることができる。 In addition, the resin body, which has a refractive index different from that of the air due to sealing, is refracted by the resin body and is refracted by the resin body without being directed to the photoelectric conversion element by being blocked by the edge of the support, and directly reaches the photoelectric conversion element. It is possible to efficiently perform photoelectric conversion by making it deeply reflected by a large reflecting concave surface and indirectly reaching the photoelectric conversion element.
この樹脂体が、硬質のシリコーン樹脂で成形されたものであっても、軟質のシリコーン樹脂のゲルやゴムで成形されたものであっても、優れた光透過性を示すので、この太陽電池アセンブリは、光の損失が少ない。 Since this resin body is made of a hard silicone resin or a soft silicone resin gel or rubber, it exhibits excellent light transmission. Has less light loss.
太陽電池アセンブリは、その外面を触っても、反射凹面に直接触せず、手垢等で反射凹面が汚されないので、取扱い易い。特にシリコーン樹脂が静電気を帯び難く塵や埃と相互作用し難いから、太陽電池アセンブリは、汚れ難い。 The solar cell assembly is easy to handle because it does not come into direct contact with the reflective concave surface even if the outer surface is touched, and the reflective concave surface is not soiled by dirt or the like. In particular, since the silicone resin is difficult to be charged with static electricity and does not easily interact with dust or dust, the solar cell assembly is not easily contaminated.
さらに樹脂体がシリコーン樹脂製で軟質のゲル又はゴムであると、フレキシブルであり、部材毎の膨張率の相違に基づく熱による変形を吸収し、又、人為的な曲げによる応力を吸収するから、太陽電池アセンブリは、曲げられても破損しない。樹脂体がシリコーン樹脂製で硬質の樹脂であると、太陽電池アセンブリは、堅固で頑丈となる。 Furthermore, if the resin body is made of a silicone resin and is a soft gel or rubber, it is flexible, absorbs deformation due to heat based on the difference in expansion coefficient of each member, and absorbs stress due to artificial bending. The solar cell assembly does not break when bent. When the resin body is made of a silicone resin and is a hard resin, the solar cell assembly is solid and sturdy.
反射凹面を覆っているその樹脂が光散乱剤を有していると、その樹脂に入射した光を散乱させて効率よく光電変換素子へ照射させることができる。また反射凹面を覆っているその樹脂の光入射面が、微細なナノメートルオーダーの凹凸を付して粗らされていると、入射角度が変わっても樹脂の光入射面で全反射しないから、多方向から光を効率よく入射させて光電変換素子へ照射させることができる。 If the resin covering the reflective concave surface has a light scattering agent, light incident on the resin can be scattered and efficiently irradiated to the photoelectric conversion element. If the light incident surface of the resin covering the reflective concave surface is roughened with fine nanometer-order irregularities, it will not be totally reflected by the resin light incident surface even if the incident angle changes, Light can be efficiently incident from multiple directions to irradiate the photoelectric conversion element.
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the scope of the present invention is not limited to these embodiments.
本発明の太陽電池アセンブリの実施の形態の一例を示す図1を参照しながら説明する。 A solar cell assembly according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
太陽電池アセンブリ1は、図1(A)に示すように、反射凹面2の複数が平面上に最密充填状態で整然と並び、それらの各々の底部に光電変換素子3が配置され、夫々の開放面側の反射凹面の内面部内が、光を透過する樹脂であるシリコーン樹脂例えばポリジメチルシロキサンで封止されて樹脂体4を形成している。樹脂体4は、その反射凹面2の内面部内を充填してその凹形状に符合し、入射部位で平面状になっている。また場合によっては中央が盛り上っている凸状としてもよく、中央が退けた凹状としてもよい。
As shown in FIG. 1A, the
反射凹面2は、反射性に優れた金属製で、例えば金属メッキ層、金属蒸着層、あるいはプレス加工した薄い金属箔や金属板層を有するものである。反射凹面2の形状は、それの各上端面が、六角形となっており、それの底部近傍が、入射光を反射させて光電変換素子3に集光させる放物曲面、双曲面、楕円曲面、球面のような曲面となっているものである。この反射凹面2の複数が、互いに上端面の六角形の辺を接するように、整然と並べられていることにより、それらの上端面があたかも蜂の巣状のようになっている。同図に示していないが、反射凹面の複数が間隔をあけて連なっていてもよい
The reflective
太陽電池アセンブリ1は、図1(B)に示すように、太陽電池素子3が、入射面側に配置され電極線に接続されていてもよい。
In the
太陽電池アセンブリ1の断面図である図2(A)に示すように、光電変換素子3は、内部の略球状のp型シリコン半導体3aとその周りを覆ってPN接合しているn型シリコン半導体3bとからなる。n型シリコン半導体3bの下端が研磨されて欠落しており、そこからp型シリコン半導体3aが露出している。n型シリコン半導体3bは、負電極を兼ねる反射凹面2のみに接続し、一方p型シリコン半導体3aは、反射凹面2の底に開いた穴を介して正電極である電極エレメント7のみに接続している。両電極である反射凹面2と電極エレメント7とは、その間で積層されている絶縁体層5で、隔離され絶縁されている。
As shown in FIG. 2A, which is a cross-sectional view of the
樹脂体4の下向き凸面と、そこに被覆された反射凹面2とは、互いに符合し合う放物曲面、双曲面、楕円曲面などの曲面となっている。その反射凹面2により、光電変換素子3に直接誘導できなかった入射光の一部を反射させて光電変換素子3に集束させる。
The downward convex surface of the
太陽電池素子3は、略球状である例を示したが、真球状、板状、柱状、直方体状、多角体状、円錐状、又は多角錐状であってもよい。太陽電池素子3は樹脂体4の内部で、図1(A)・図2(A)に示すように、金属層2に接触して配置されていてもよい。太陽電池素子3は、図3(A)に示すように、樹脂体4の中心近傍に配置され、一方の半導体層3aから電線9aが上向きに延びて金属層2に接触し、他方の半導体層3bから電線9bが下向きに延びて金属層2に開いた穴を通して絶縁体層5から導出されていてもよい。太陽電池素子3は、図3(B)に示すように、樹脂体4の中心近傍に配置され、一方の半導体層3bから電線9bが延びて金属層2に接触し、他方の半導体層3aから電線9aが下向きに延びて金属層2に開いた穴を通して絶縁体層5から導出されていてもよい。
Although the example in which the
半導体3a・3bは、多結晶であるシリコン結晶であってもよいが、有機半導体であってもよい。このようなSiセルの他、GaAsセル、InGaPセル、InGaAsセル、Ge3セル、InGaP/InGaAs/Ge3結合型セルであってもよい。 The semiconductors 3a and 3b may be polycrystalline silicon crystals, but may be organic semiconductors. In addition to such Si cells, GaAs cells, InGaP cells, InGaAs cells, Ge3 cells, and InGaP / InGaAs / Ge3 coupled cells may be used.
InGaP/InGaAs/Ge3結合型セルは、InGaPトップセルが660nm以下、InGaAsミドルセルが660〜890nm、Geボトムセルが890〜2000nmの夫々の波長領域の光をエネルギー変換する。各セルは太陽電池としてトンネル結合を介して直列に接続されている。InGaPセル、InGaAsセル、Ge3セルを単独で用いてもよい。 The InGaP / InGaAs / Ge3 coupled cell converts energy in each wavelength region where the InGaP top cell is 660 nm or less, the InGaAs middle cell is 660 to 890 nm, and the Ge bottom cell is 890 to 2000 nm. Each cell is connected in series as a solar battery through a tunnel coupling. An InGaP cell, an InGaAs cell, or a Ge3 cell may be used alone.
樹脂体4には、蛍光材11及び/又はりん光材が含有されている。例えば、600nm近傍の波長の光を電気エネルギーに変換するために、InGaP/InGaAs/Ge3結合型セルの表面を、近紫外乃至青色の波長の光により励起して600nmの蛍光を発するYAG蛍光材を含有するシリコーンゴム組成物で樹脂体4が形成される。
The
このような蛍光材11やりん光材は、太陽光などの入射光の波長を別な波長に変換して、変換された波長が光電変換素子の光電変換特性に適合するものであれば、その種類や量は特に限定されない。その粒子径が1〜200μmの範囲にあると、発光効率が良い。
If such a
無機の赤色発光蛍光材として、
下記組成式(1)
LiyM1 (1−y)EuaSmbM2 cM3 2O8 ・・・(1)
(式(1)中、M1はNa,K,Rb及びCsから選ばれる少なくとも1種類、M2はYを含みEu及びSmを除く希土類元素から選ばれる少なくとも1種類、M3はMo及びWから選ばれる少なくとも1種類、aは0.4≦a≦1の数、bは0.8≦b≦1の数、cは0≦c≦0.2の数、dは0≦d≦0.2の数、b+c+d=1である。)、
下記組成式(2)
LizM4 (1−e)EuW2O8 ・・・(2)
(式(2)中、M4はNa,K,Rb及びCsから選ばれる少なくとも1種類、eは0.7≦e<1の数である。)例えばLiEuW2O8、
下記組成式(3)
M5EufM6 (1−f)M7 2O8 ・・・(3)
(式(3)中、M5はLi、Na、K、Rb及びCsから選ばれる少なくとも1種類、M6はYを含む希土類元素(Euを除く)から選ばれる少なくとも1種類、M7はW及びMoから選ばれる少なくとも1種類、fは0<f≦1の数である。)
下記組成式(4)
M8 0.5EugM9 (1−g)M10 2O8 ・・・(4)
(式(4)中、M8はMg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1種類、M9はYを含む希土類元素(Euを除く)から選ばれる少なくとも1種類、M10はW及びMoから選ばれる少なくとも1種類、gは0<g≦1の数である。)例えばCa0.5EuW2O8、
Y2O2S:Eu、
La2O2S:Eu、
3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mnが挙げられる。
As an inorganic red light emitting fluorescent material,
The following composition formula (1)
Li y M 1 (1-y) Eu a Sm b M 2 c M 3 2 O 8 (1)
(In formula (1), M 1 is at least one selected from Na, K, Rb and Cs, M 2 is at least one selected from rare earth elements including Y and excluding Eu and Sm, and M 3 is Mo and W. At least one selected from: a is a number of 0.4 ≦ a ≦ 1, b is a number of 0.8 ≦ b ≦ 1, c is a number of 0 ≦ c ≦ 0.2, and d is 0 ≦ d ≦ 0. .2 number, b + c + d = 1).
The following composition formula (2)
Li z M 4 (1-e) EuW 2 O 8 (2)
(In the formula (2), M 4 is at least one selected from Na, K, Rb and Cs, and e is a number of 0.7 ≦ e <1.) For example, LiEuW 2 O 8 ,
The following composition formula (3)
M 5 Eu f M 6 (1-f) M 7 2 O 8 (3)
(In Formula (3), M 5 is at least one selected from Li, Na, K, Rb and Cs, M 6 is at least one selected from rare earth elements including Y (excluding Eu), and M 7 is W. And at least one selected from Mo, f is a number satisfying 0 <f ≦ 1.)
The following composition formula (4)
M 8 0.5 Eu g M 9 (1-g) M 10 2 O 8 (4)
(In the formula (4), M 8 is at least one selected from Mg, Ca, Sr and Ba, M 9 is at least one selected from rare earth elements including Y (excluding Eu), and M 10 is W and Mo. At least one selected from the group consisting of 0 <g ≦ 1.) For example, Ca 0.5 EuW 2 O 8 ,
Y 2 O 2 S: Eu,
La 2 O 2 S: Eu,
3.5MgO.0.5MgF 2 .GeO 2 : Mn is mentioned.
無機の青色発光蛍光材として、
BaMg2Al16O27:Eu、
(Sr,Ca,Ba)5(PO4)3Cl:Eu
が挙げられる。
As an inorganic blue-emitting fluorescent material,
BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu,
(Sr, Ca, Ba) 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu
Is mentioned.
無機の緑色発光蛍光材として、
BaMg2Al16O27:Eu,Mn、
Zn2GeO4:Mn、
ZnS:Cu,Al、
下記組成式(5)
LiTbhM11 (1−h)W2O8 ・・・(5)
(式(5)中、M11はYを含む希土類元素(Tbを除く)から選ばれる少なくとも1種類、好ましくはY又はDy、hは0.8≦h≦1の数である。)が挙げられる。
As an inorganic green light emitting fluorescent material,
BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu, Mn,
Zn 2 GeO 4 : Mn
ZnS: Cu, Al,
The following composition formula (5)
LiTb h M 11 (1-h) W 2 O 8 (5)
(In formula (5), M 11 is at least one selected from rare earth elements including Y (excluding Tb), preferably Y or Dy, h is a number satisfying 0.8 ≦ h ≦ 1). It is done.
無機の黄色発光蛍光材として、
CdZnS、
ZnSSeにドナーとアクセプター不純物を添加したII-VI族混晶蛍光剤、
下記組成式(6)
Y3−iGaiAl5O12:Ce ・・・(6)
(式(6)中、iは0≦i≦3の数である)のようなYAG:Ceで例示されるYAG系蛍光剤が挙げられる。
As an inorganic yellow light emitting fluorescent material,
CdZnS,
II-VI group mixed crystal fluorescent agent in which donor and acceptor impurities are added to ZnSSe,
The following composition formula (6)
Y 3-i Ga i A 15 O 12 : Ce (6)
(In formula (6), Y is a number of 0 ≦ i ≦ 3) and YAG-based fluorescent agents exemplified by YAG: Ce.
蛍光材としては、フタロシアニン系、アゾ系、イソインドリノン系、キナクリドン系、アントラキノン系、ジケトピロロピロール系の顔料や染料、レーキ顔料などの有機顔料、コバルトブルー、群青、酸化鉄などの無機顔料、プラスチックの粉末を蛍光性のある染料で着色した蛍光顔料のような擬似顔料であってもよい。より具体的には、黄色顔料として、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマンネントイエローNCG、タートラジンレーキ;橙色顔料として、赤口黄鉛、モリブテンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダスレンブリリアントオレンジGK;赤色顔料として、縮合アゾ顔料、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀カドミウム、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウオッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3B;紫色顔料として、マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ;青色顔料として、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーBC;緑色顔料として、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、ファナルイエローグリーンG;白色顔料として、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイトが挙げられる。 Fluorescent materials include phthalocyanine, azo, isoindolinone, quinacridone, anthraquinone, diketopyrrolopyrrole pigments and dyes, lake pigments and other organic pigments, cobalt blue, ultramarine, and iron oxides. A pseudo pigment such as a fluorescent pigment obtained by coloring a plastic powder with a fluorescent dye may be used. More specifically, yellow pigments such as yellow lead, zinc yellow, cadmium yellow, yellow iron oxide, mineral fast yellow, nickel titanium yellow, navel yellow, naphthol yellow S, Hansa Yellow G, Hansa Yellow 10G, Benzidine Yellow G , Benzidine Yellow GR, Quinoline Yellow Lake, Permanent Yellow NCG, Tartra Gin Lake; As orange pigments, reddish yellow lead, molybden orange, permanent orange GTR, pyrazolone orange, vulcan orange, indanthrene brilliant orange RK, benzidine orange G, indus Rembrilliant Orange GK: Condensed azo pigments, bengara, cadmium red, red lead, mercury cadmium sulfide, permanent red 4R, risor red, red Zoron Red, Watching Red Calcium Salt, Lake Red D, Brilliant Carmine 6B, Eosin Lake, Rhodamine Lake B, Alizarin Lake, Brilliant Carmine 3B; Purple Purple, Manganese Purple, Fast Violet B, Methyl Violet Lake; Blue Pigment, Bitumen , Cobalt blue, alkali blue lake, Victoria blue lake, phthalocyanine blue, metal-free phthalocyanine blue, phthalocyanine blue partially chlorinated, first sky blue, indanthrene blue BC; as green pigments, chrome green, chromium oxide, pigment green B, malachite Green lake, final yellow green G; white pigments such as zinc white, titanium oxide, antimony white, zinc sulfide, barite powder, barium carbonate , Clay, silica, white carbon, talc, alumina white.
有機蛍光材としては、染料、例えばペリレン系、ナフタルイミド系、クマリン系、シアニン系、フラビン系、ローダミン系が挙げられる。有機蛍光染料に、チオベンジルニッケル錯体で例示されるチオベンジル遷移金属錯体、水素化フラーレン、水酸化フラーレン、マロン酸付加フラーレン、マロン酸ジターシャリーブチル付加フラーレンで例示されるフラーレン化合物を共存させてもよい。 Examples of the organic fluorescent material include dyes such as perylene, naphthalimide, coumarin, cyanine, flavin, and rhodamine. A fullerene compound exemplified by a thiobenzyl transition metal complex exemplified by a thiobenzyl nickel complex, a hydrogenated fullerene, a hydroxylated fullerene, a malonic acid-added fullerene, or a malonate ditertiary butyl added fullerene may coexist in the organic fluorescent dye. .
りん光を発光するりん光剤として、例えば、イリジウム錯体、プラチナ錯体で例示される公知の金属錯体、五重項のような多重項から発光するテルビウム錯体で例示される希土類金属錯体が挙げられる。 Examples of the phosphorescent agent that emits phosphorescence include known metal complexes exemplified by iridium complexes and platinum complexes, and rare earth metal complexes exemplified by terbium complexes emitting from multiplets such as quintets.
中でも、蛍光材11としては、発光色が青色のBaMg2Al16O27:Eu,(Sr,Ca,Ba)5(PO4)3Cl:Eu、緑色のBaMg2Al16O27:Eu,Mn,Zn2GeO4:Mn、赤色のY2O2S:Eu、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn、黄色乃至白色のYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)が好ましい。YAG蛍光剤は、青色光の一部を吸収させて黄色に変換するものである。
Among them, as the
これらの蛍光材やりん光材を単独または混合することにより、入射光を、例えば前記した特定波長に対して光電変換能を発揮する光電転換素子に適合した所望の波長の光に変換することができる。蛍光材やりん光材は、樹脂体4中に、例えば0.1〜30質量%含ませることができる。蛍光材やりん光材を含有する層として用いる場合、0.5〜20質量%程度含まれていることが好ましい。
By combining these fluorescent materials and phosphorescent materials alone or in combination, incident light can be converted into light having a desired wavelength suitable for a photoelectric conversion element that exhibits photoelectric conversion capability for the specific wavelength described above, for example. it can. The fluorescent material or phosphorescent material can be included in the
太陽電池アセンブリ1は、図1(A)及び図2(A)を参照しながら例示的に説明すると、以下のようにして製造される。先ず、金属板を加圧プレスして、整然と並んだ縁がハニカム状の複数の反射凹面2にする部材を形成する。その凹面2の内部の開放面の表面で十分に光を反射するように、金属メッキを施し、反射凹面2の底をくり抜く。一方、そのうら面側に絶縁体層5を付し、反射凹面2の底のくり抜いた穴よりもやや小さめの同心円の穴をくり抜く。球状p型シリコン結晶の周りをn型シリコン結晶で薄膜したシリコン球を作製する。このシリコン球の一部を平坦に研磨して、外周のn型シリコン半導体3bを欠落させその欠落部分から内部のp型シリコン半導体3aを露出させる。n型シリコン半導体3bを、負電極を兼ねる反射凹面2のみに接触させて接着固定し、露出部分に正電極エレメント7を付す。その際、正電極エレメント7と、絶縁体層5を覆うように付された通電エレメント6とを接触させる。反射凹面2の内面部内にシリコーン樹脂に蛍光材又はりん光材を混合した原料組成物を流し込んで充填し、加熱して硬化させると、その原料組成物が硬化して樹脂体4を形成し、終には太陽電池アセンブリ1が得られる。
The
この太陽電池アセンブリ1は、以下のようにして使用される。図2のようにこの太陽電池アセンブリ1の光電変換素子3に向けて光例えば太陽光10を入射させる。
This
この太陽電池アセンブリ1の樹脂体4に入射した光は、樹脂体4が含有している蛍光材やりん光材11で光の波長が変換されて、光電変換素子3で効率よく光電変換できる波長に変換される。
The wavelength of light incident on the
その光、例えば図2(A)のように真上からの入射太陽光10bは真直ぐに樹脂体4を透過し、波長変換されて、光電変換素子3の頂部に垂直に入射する。その真上よりもやや外れた入射太陽光10cは樹脂体4を透過し、波長変換されて光電変換素子3の側面表面で反射し、さらに反射凹面2でも反射し光電変換素子3の底部近傍表面へ略垂直に入射する。その真上よりもかなり外れた入射太陽光10aは樹脂体4を透過し、波長変換されて、反射凹面2で反射し、光電変換素子3の側面表面へ略垂直に入射する。
The light, for example, incident sunlight 10 b from directly above as shown in FIG. 2A, passes through the
このようにして、太陽電池アセンブリ1へ入射した光は、n型シリコン半導体3bとp型シリコン半導体3aとのPN接合界面に効率よく到達し、光起電力が生じ、回路にすると、光電流が流れる。
In this way, the light incident on the
また、図2(B)のように、斜めからこの太陽電池アセンブリ1の樹脂体4に入射した光は、反射凹面2で反射し、光電変換素子3の側面表面へ入射する。反射凹面2で反射して光電変換素子3の側面表面へ入射できなかった光は、樹脂体4の表面で内面反射(全反射)し、反射凹面2で反射し、光電変換素子3の側面表面へ入射する。
Further, as shown in FIG. 2B, the light incident on the
樹脂体4としてポリジメチルシロキサンの例を示したが、ポリジフェニルシロキサンであってもよく、それらの混合物であってもよい。樹脂体4中のシリコーン樹脂のフェニル基の量が多くなると屈折率が低下してしまうため、ポリジメチルシロキサンであることが好ましい。このシリコーン樹脂は、硬質であってショアD硬度が10〜80であることが好ましい。このシリコーン樹脂がこのように硬いと、そこに傷が付き難く、塵埃が付着し難く、耐光性・耐候性・耐熱性に優れた耐久性の良いものとなる。このシリコーン樹脂は、架橋密度を変えることによって、ゲル状やゴム状の軟質にしてもよい。
Although the example of polydimethylsiloxane was shown as the
このシリコーン樹脂は、例えばシリコーン樹脂の原料組成物を硬化させることにより得ることができる。シリコーン樹脂の原料組成物としては、特に、液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂の原料組成物が好ましい。液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂の原料組成物は、無溶媒であるため発泡することなく表面も内部も均一に硬化させることができるので好適である。 This silicone resin can be obtained, for example, by curing a raw material composition of a silicone resin. As the raw material composition of the silicone resin, a liquid addition reaction curable silicone resin raw material composition is particularly preferable. A liquid addition reaction curable silicone resin raw material composition is preferable because it is solvent-free and can be cured uniformly on the surface and inside without foaming.
上記付加反応硬化型のシリコーン樹脂の原料組成物としては、熱硬化により透明なシリコーン樹脂を形成するものであれば特に制限されないが、例えば、オルガノポリシロキサンをベースポリマーとし、オルガノハイドロジェンポリシロキサン及び白金系触媒等の重金属系触媒を含むものが挙げられる。 The raw material composition of the addition reaction curable silicone resin is not particularly limited as long as it forms a transparent silicone resin by thermosetting. For example, an organopolysiloxane is used as a base polymer, and an organohydrogenpolysiloxane and Examples include those containing a heavy metal catalyst such as a platinum catalyst.
上記オルガノポリシロキサンとしては、下記平均単位式
RaSiO(4−a)/2
(式中、Rは非置換又は置換一価炭化水素基で、好ましくは炭素数1〜10、特に1〜8のものである。aは0.8〜2、特に1〜1.8の正数である。)
で示されるものが挙げられる。ここで、Rとしてはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基や、これらの炭素原子に結合した水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換されたクロロメチル基、クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換炭化水素基、或いはシアノ基で置換された2−シアノエチル基等のシアノ基置換炭化水素基などが挙げられ、Rは同一であっても異なっていてもよいが、Rとしてフェニル基を含むもの、特に、全Rのうち5〜80モル%がフェニル基であるものが、耐熱性及び透明性の点から好ましい。
Examples of the organopolysiloxane include the following average unit formula R a SiO (4-a) / 2
Wherein R is an unsubstituted or substituted monovalent hydrocarbon group, preferably having 1 to 10 carbon atoms, particularly 1 to 8. a is a positive number of 0.8 to 2, particularly 1 to 1.8. Number.)
The thing shown by is mentioned. Here, R is an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group or a butyl group, an alkenyl group such as a vinyl group, an allyl group or a butenyl group, an aryl group such as a phenyl group or a tolyl group, or an aralkyl such as a benzyl group. A halogen-substituted hydrocarbon group such as a chloromethyl group, a chloropropyl group, or a 3,3,3-trifluoropropyl group in which some or all of the hydrogen atoms bonded to these carbon atoms are substituted with a halogen atom, Or a cyano group-substituted hydrocarbon group such as a 2-cyanoethyl group substituted with a cyano group, and R may be the same or different, but those containing a phenyl group as R, particularly all R Among them, those in which 5 to 80 mol% is a phenyl group are preferable from the viewpoint of heat resistance and transparency.
また、Rとしてビニル基等のアルケニル基を含むもの、特に全Rのうちの1〜20モル%がアルケニル基であるものが好ましく、中でもアルケニル基を1分子中に2個以上有するものが好ましく用いられる。このようなオルガノポリシロキサンとしては、例えば、末端にビニル基等のアルケニル基を有するジメチルポリシロキサンやジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体等の末端アルケニル基含有ジオルガノポリシロキサンが挙げられ、特に、常温で液状のものが好ましく用いられる。 Further, those containing an alkenyl group such as a vinyl group as R, particularly those in which 1 to 20 mol% of all R are alkenyl groups are preferred, and those having two or more alkenyl groups in one molecule are preferably used. It is done. Examples of such organopolysiloxane include terminal alkenyl group-containing diorganopolysiloxanes such as dimethylpolysiloxane having a terminal alkenyl group such as vinyl group and dimethylsiloxane / methylphenylsiloxane copolymer, A liquid at room temperature is preferably used.
一方、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、3官能以上(即ち、1分子中にケイ素原子に結合する水素原子(Si−H基)を3個以上有するもの)が好ましく、例えば、メチルハイドロジェンポリシロキサン、メチルフェニルハイドロジェンポリシロキサン等が挙げられ、特に、常温で液状のものが好ましい。また、触媒としては、白金、白金化合物、ジブチル錫ジアセテートやジブチル錫ジラウリレート等の有機金属化合物、又はオクテン酸錫のような金属脂肪酸塩などが挙げられる。これらオルガノハイドロジェンポリシロキサンや触媒の種類や量は、架橋度や硬化速度を考慮して適宜決定すればよい。 On the other hand, the organohydrogenpolysiloxane is preferably trifunctional or higher (that is, one having three or more hydrogen atoms (Si-H groups) bonded to a silicon atom in one molecule), for example, methylhydrogenpolysiloxane. , Methylphenyl hydrogen polysiloxane, and the like, and liquids at room temperature are particularly preferable. Examples of the catalyst include platinum, platinum compounds, organometallic compounds such as dibutyltin diacetate and dibutyltin dilaurate, and metal fatty acid salts such as tin octenoate. The types and amounts of these organohydrogenpolysiloxanes and catalysts may be appropriately determined in consideration of the degree of crosslinking and the curing rate.
シリコーン樹脂は、特開2004-221308号公報、特開2006-328102号公報、特開2006-328103号公報、特開2006-324596号公報に記載されたものであってもよい。 The silicone resin may be those described in JP-A-2004-221308, JP-A-2006-328102, JP-A-2006-328103, and JP-A-2006-324596.
また、上記成分以外に、得られるシリコーン樹脂体4の強度や透明度を損なわない程度に充填剤、耐熱材、可塑剤等を添加してもよい。
Moreover, you may add a filler, a heat resistant material, a plasticizer, etc. to such an extent that the intensity | strength and transparency of the obtained
上記シリコーン樹脂の原料組成物としては、信越化学工業株式会社製のKJR632等の市販品を用いることができる。 As the raw material composition of the silicone resin, commercially available products such as KJR632 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. can be used.
前記樹脂体4は、その原料組成物を成形してシリコーン樹脂成形体とする従来公知の方法により得ることができ、例えば、注型成形等により成形することができる。なお、そのシリコーン樹脂の硬度は、JIS K 7215(プラスチックのデュロメーター硬さ試験方法)の方法により測定されるショアD硬度で、20°〜90°、特に50°〜80°であることが好ましい。
The
ポリジメチルシロキサンで成形したシリコーン樹脂の透過率は約94%、ポリジフェニルシロキサンで成形したシリコーン樹脂の透過率は約92%であり、エポキシ樹脂で成形した場合の透過率92%と同等である。シリコーン樹脂は、ポリジメチルシロキサンのような硬いシリコーン樹脂であると、膨張し難いうえ、紫外線などの低波長側で劣化し難く、光学特性を維持するのに適切であるため、一層好ましい。シリコーン樹脂は、ショアD硬度を50°〜70°程度とすることがより一層好ましい。 The transmittance of the silicone resin molded with polydimethylsiloxane is about 94%, and the transmittance of the silicone resin molded with polydiphenylsiloxane is about 92%, which is equivalent to the transmittance of 92% when molded with an epoxy resin. The silicone resin is more preferably a hard silicone resin such as polydimethylsiloxane because it is difficult to expand and hardly deteriorates on the low wavelength side such as ultraviolet rays and is suitable for maintaining optical characteristics. The silicone resin more preferably has a Shore D hardness of about 50 ° to 70 °.
また、このシリコーン樹脂は、このようなシリコーン樹脂と同種で比較的低分子のオルガノポリシロキサンが架橋したシリコーン樹脂ゴムであってもよい。シリコーン樹脂ゴムであるシリコーン樹脂を、1−ブロモプロパンやトリクロロエチレンのような有機溶媒で洗浄し、減圧し、又は例えば150〜200℃、好ましくは150〜170℃に加熱し、シリコーン樹脂ゴム中の低分子シロキサンを揮発させる前処理が施されていることが好ましい。二次加硫処理や、溶媒抽出処理が施されていてもよい。 In addition, the silicone resin may be a silicone resin rubber that is the same kind as such a silicone resin and is crosslinked with a relatively low molecular weight organopolysiloxane. The silicone resin, which is a silicone resin rubber, is washed with an organic solvent such as 1-bromopropane and trichlorethylene, and the pressure is reduced or heated to, for example, 150 to 200 ° C., preferably 150 to 170 ° C. A pretreatment for volatilizing the molecular siloxane is preferably performed. Secondary vulcanization treatment or solvent extraction treatment may be performed.
特に、シリコーン樹脂がシリコーン樹脂ゴム製であると、水分や低分子シロキサンのような揮発成分が残存し易いので、それらを揮発させることが好ましい。 In particular, when the silicone resin is made of silicone resin rubber, volatile components such as moisture and low-molecular siloxane are likely to remain, so that it is preferable to volatilize them.
シリコーン樹脂の屈折率は、空気との屈折率との差が0.05以上であることが好ましい。シリコーン樹脂の屈折率が、1.41〜1.57であると好ましい。 The difference in refractive index between the silicone resin and air is preferably 0.05 or more. The refractive index of the silicone resin is preferably 1.41 to 1.57.
太陽電池アセンブリ1として、樹脂体4に蛍光材11やりん光材が含有された例を示したが、図4(A)に示すように、蛍光材11やりん光材を含有する層12で光電変換素子3が被覆されているものであってもよい。また、同図(B)に示すように、透明な樹脂体4が、蛍光材11やりん光材が含有された層12で覆われて、付されたものであってもよい。
As the
太陽電池アセンブリ1は、図5(A)で示すように、蛍光材11やりん光材が含有された樹脂体4を、硬質又はゲル状若しくはゴム状の軟質であるシリコーン樹脂製の保護板8で覆ったものであってもよい。保護板8は後記する導光板を兼ねることができ、樹脂体4の入射面より広くすることができる。同図(B)のように、樹脂体4として、反射凹面2の内面部内を丁度充填しその上部を平坦にして蛍光材11やりん光材が含有された下部樹脂体4aの上を、蛍光材やりん光材が含有されていない硬質又はゲル状若しくはゴム状の軟質である平凸レンズ状の上部樹脂体4bで覆い一体化したものであってもよい。また、同図(C)のように、樹脂体4として、反射凹面2の内面部内を丁度充填しその上部を平坦にして下部樹脂体4aの上を硬質又はゲル状若しくはゴム状の軟質である平凸レンズ状の上部樹脂体4bで覆い、上下部樹脂体4a・4bが蛍光材11やりん光材を含有し一体化されたものであってもよい。また、同図(D)のように、反射凹面2の内面部内を丁度充填しその上部を平坦にして蛍光材11やりん光材を含有している下部シリコーン樹脂体4aの上を、硬質又はゲル状若しくはゴム状の軟質であるフレネルレンズである上部シリコーン樹脂体4bで覆い一体化したものであってもよい。上部シリコーン樹脂体4bは、その他の形状のレンズであってもよい。また、同時にシリコーン樹脂体4bに各種形状のレンズを成形してもよい。シリコーン樹脂体で反射凹面2の内面部内を丁度充填する例を示したが、途中まで充填したものであってもよく、またその一部が蛍光材11やりん光材で覆われたものであってもよい。
As shown in FIG. 5 (A), the
樹脂体4または保護板8の入射面が、ポリパラキシリレン類の皮膜、又はフッ素含有樹脂の皮膜で被覆されていてもよい。
The incident surface of the
樹脂体4または保護板8、とりわけシリコーン樹脂が、摩擦係数や誘電率が小さいポリパラキシリレン類の被膜又はフッ素含有樹脂の被膜で、表面被覆されたものであると、強い太陽光に曝されたりそれにより樹脂体4表面で静電気、熱、又はプラズマが発生したりしても、樹脂体4の変質、樹脂体4表面の劣化等を起こし難い。そのため、樹脂体4が炎天下で太陽光等に長期間曝されても、黒ずんで汚れたり劣化したりする恐れがなく、光を効率よく透過させ、太陽電池アセンブリ1の寿命が一層延びる。しかも、ポリパラキシリレン類の被膜は、均質に蒸着されるうえ、熱安定性、光透過性、耐擦傷性、耐寒性、耐薬品性、耐紫外線性に優れるので、樹脂体4は、黄変等の劣化がなく、耐久性に優れる。さらに塵埃を寄せ付け難い。
If the
樹脂体4は、入射部位が平面状、凸レンズ状、フレネルレンズ状、プリズム状であっても、また、樹脂体4または保護板8の表面にナノオーダーの凹凸が付されていてもこの被膜で均質に被覆される。
The
この被膜が施された樹脂体4または保護板8を有する太陽電池アセンブリ1は、光電変換素子3に十分な光量を入射させることができるので、光電変換効率が極めて良い。しかも長期間、黒ずむことなく安定して十分な光量を光電変換素子3に入射させることができるので、面倒な部品交換の必要がない。
Since the
例えば、シリコーン樹脂は、塩素含有ポリパラキシリレンである「パリレンC」(日本パリレン株式会社製の商品名;パリレンは登録商標)の被膜で被覆される。より具体的には、以下のようにして樹脂体4は被覆される。樹脂体4の表面に、「パリレンC」(日本パリレン株式会社製の商品名;パリレンは登録商標;-[(CH2)-C6H3Cl-(CH2)]n-)の被膜を形成する。例えば、「パリレンC」の原料ダイマーである粉末状のモノクロロパラキシリレン類二量体を気化室に入れ減圧下で加熱し、蒸発したダイマーを熱分解室に誘導し、反応性の高いパラキシリレンモノマーのラジカルとした後、シリコーン樹脂に蒸着させて重合させると、ポリパラキシリレン類の被膜が形成され、樹脂体4が得られる。
For example, the silicone resin is coated with a coating of “Parylene C” (trade name, manufactured by Japan Parylene Co., Ltd .; Parylene is a registered trademark), which is a chlorine-containing polyparaxylylene. More specifically, the
なお、樹脂体4が「パリレンC」であるポリパラキシリレン類の被膜で蒸着された例を示したが、「パリレンC」に代えて、パラキシリレンダイマー(DPX)から得られる「パリレンN」(日本パリレン株式会社製の商品名)、テトラクロロパラキシリレンダイマーから得られる「パリレンD」(日本パリレン株式会社製の商品名)を用いてもよい。この原料であるダイマーを低圧下で約600℃に加熱して昇華させて、反応性の高いパラキシリレンラジカルガスを生成させ、蒸着させてポリパラキシリレン類の被膜を形成してもよい。中でも、「パリレンC」で、ポリパラキシリレン類の被膜が蒸着されていると一層好ましい。これらポリパラキシリレン類の屈折率nd 23は、例えば「パリレンN」が1.661、「パリレンC」が1.639であり、シリコーン樹脂の屈折率1.41〜1.57やエポキシ樹脂の屈折率1.55〜1.61より、高い。そのため、可視光例えば波長λの光を透過させるシリコーン樹脂と、被膜素材のこれらパリレン及びλの整数倍となる光学距離とを適宜選択することにより、表面反射防止等の光学特性を調整できる。
In addition, although the
ポリパラキシリレン類の被膜は、原料のダイマーの量や蒸着時間を調節することにより、均一に所望の厚さに調製できる。 The coating of polyparaxylylene can be uniformly prepared to a desired thickness by adjusting the amount of raw material dimer and the deposition time.
このようなポリパラキシリレン類の蒸着によれば、基材であるシリコーン樹脂を加熱する必要がないので、シリコーン樹脂を熱変形させてしまう恐れがない。また、ジパラキシリレンラジカルのシリコーン樹脂への付着と重合とが同時に進行して蒸着されているため、製造工程が短く簡易である。 According to the vapor deposition of such polyparaxylylenes, there is no need to heat the silicone resin as the base material, so there is no fear that the silicone resin is thermally deformed. In addition, since the deposition and polymerization of diparaxylylene radicals on the silicone resin proceed at the same time, the manufacturing process is short and simple.
ポリパラキシリレン類は、蒸着によりシリコーン樹脂に付された例を示したが、ディッピング、スプレーコーティング、スピンコーティング、スパッタリング、塗布により付されていてもよい。 The polyparaxylylenes have been shown as being applied to a silicone resin by vapor deposition, but may be applied by dipping, spray coating, spin coating, sputtering, or application.
別な態様の太陽電池アセンブリ1は、図1及び図6を参照しながら説明すると、以下のようにして製造される。
Another embodiment of the
先ず、球状p型シリコン結晶の周りをn型シリコン結晶で薄膜したシリコン球を作製する。複数を整然と四方に並ぶ凸面を有する透明体とするための多数の凹みを有する金型を作製する。各凹みにシリコン球の一部が幾分嵌まる第二の凹みを作製しておく。そこへ、シリコン球を入れ、さらにシリコーン樹脂の液状原料組成物を流し込み硬化させて、シリコン球を内包した樹脂体4が多数並んだ部材を成形する。その上部平面に、マスキング材であるフィルムを貼付する。それを金型から取り出し、次にポリパラキシリレン類である「パリレンC」(日本パリレン株式会社製の商品名;「パリレン」は登録商標;-[(CH2)-C6H3Cl-(CH2)]n-)の被膜を設けるため、「パリレンC」の原料ダイマーである粉末状のモノクロロパラキシリレン類2量体を気化室に入れ減圧下で加熱して、蒸発したダイマーが熱分解室に誘導され反応性の高いパラキシリレンモノマーのラジカルとした後、樹脂体4の凸面側に蒸着させて5〜3000nm、好ましくは50〜2000nm、更に好ましくは100〜1000nmのポリパラキシリレン類コーティング処理し、下塗り層を形成させる。その上に、真空蒸着により、樹脂体4の凸面に、厚さ数ミクロンの金属メッキ2を形成させる。シリコン球は樹脂体4の凸面から僅かに突き出たままであり、n型シリコン半導体3bは、負電極を兼ねる金属メッキ2のみに接触している。その後、マスキング材を剥がす。図6(A)のように樹脂体4の凸面から突き出たシリコン球の頂点近傍を平坦に研磨し、外周のn型シリコン半導体3bを欠落させその欠落部分から内部のp型シリコン半導体3aを露出させる。n型シリコン半導体3bは、負電極を兼ねる金属メッキである反射凹面2のみに接触したままとなっている。その露出部分に正電極エレメント7を付す。正電極エレメント7と、絶縁体層5を覆うように付された通電エレメント6とを接触させると、同図(B)のような太陽電池アセンブリ1が得られる。
First, a silicon sphere is produced by thinning an n-type silicon crystal around a spherical p-type silicon crystal. A metal mold having a large number of dents for producing a transparent body having convex surfaces arranged in order in four directions is produced. A second recess in which a portion of the silicon sphere fits somewhat in each recess is prepared. Silicon spheres are put there, and a liquid raw material composition of silicone resin is poured and cured to form a member in which a large number of
さらに別な態様の太陽電池アセンブリ1は、図7に示すように、反射凹面2が、金属層、又は該シリコーン樹脂との屈折率の異なる透明層、酸化チタンや金属粉末等の反射材を含む樹脂層であって、樹脂体4を被覆した一体型のものである。
In the
樹脂体4は、光散乱剤を含有していてもよい。光散乱剤は、例えばシリカ粉末や炭酸カルシウム粉末のような無機粉末、アクリル樹脂粉末のような有機粉末が挙げられる。中でも光散乱剤は、市販の多孔質シリカ、フュームドシリカ、高い光散乱係数を示す炭酸カルシウム粉末が好ましい。その平均粒径は、200〜7000nm程度であることが好ましい。
The
樹脂体4の入射面に、ナノメートルオーダー、例えば5〜3000nm、好ましくは50〜2000nm、より好ましくは70〜1000nm、より一層好ましくは200〜800nm、なお一層好ましくは400〜500nmの表面粗さの凹凸が付されていてもよい。この範囲であると、表面の全反射が無くなり、光の入射効率が良くなる。入射面に成形された凸状、フレネルレンズ状、又はプリズム状の面に付されてもよい。
The incident surface of the
ナノメートルオーダーの凹凸は、反射凹面と反対側の入射部位で平面状、凸状、又はフレネルレンズ状に樹脂体4を成形するのに用いられる金型に、電子ビームリソグラフィー処理、ブラスト処理、ナノメートルオーダー径の微粒子を含む組成物を吹付ける吹付塗装処理、ケミカルエッチング処理のような凹凸処理を施しておくことにより、形成することができる。特に樹脂体4が、シリコーン樹脂であると、転写性が良いので、金型の凹凸を正確に反転して、樹脂体4の入射部位にナノメートルオーダーの凹凸を形成することができる。
Concavities and convexities on the order of nanometers are formed on a mold used to mold the
図8に示すように、太陽電池アセンブリ1は、導光板や導光フィルムのような導光材13で覆われていてもよい。導光板や導光フィルムは、太陽電池アセンブリ1を覆いそれよりも広範囲に付されていることが好ましい。これにより、太陽電池アセンブリ1に直接、光が入射しなくても、導光板や導光フィルムに光が入射すると、効率よく光電変換できる。導光板や導光フィルムが、前記のようなナノメートルオーダーの凹凸を有していてもよい。導光板や導光フィルムの材質は、ポリアクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエチレンテレフタレートのようなポリエステル樹脂、フッ素含有樹脂、ポリカーボネート樹脂が挙げられるが、特にシリコーン樹脂が好ましい。折角入射した光が導光板や導光フィルムから漏洩しないように、導光板や導光フィルムの光が入射しない面及び/または端面が、メッキや酸化チタン被膜で覆われていることが好ましい。また、導光された光が、樹脂体に向けて出射するよう樹脂体4の入射面に対応する部位の導光板の内部に炭酸カルシウムやシリカなどの光散乱剤14を含有するか、樹脂体4の入射面に対応する導光板の面にナノメートルオーダーまたはそれより大きい凹凸を付けて光散乱を発生させることが好ましい。
As shown in FIG. 8, the
導光板は、太陽電池アセンブリ1と空間を隔てて前記の形状が樹脂体4の入射面と対応して設けられていてもよい。また、樹脂体4の入射面より広く設けられていてもよい。
The light guide plate may be provided so as to correspond to the incident surface of the
太陽電池アセンブリ1は、導光板や導光フィルムを支持する部材を有していてもよい。
The
太陽電池アセンブリ1は、反射防止被膜で覆われていてもよい。
The
本発明の太陽電池アセンブリを試作した例を以下に示す。 An example of a prototype of the solar cell assembly of the present invention is shown below.
(実施例1)
紫外線領域では光電エネルギー変換せず、600nm〜700nmの領域の波長の照射により光電エネルギー変換するInGaAs系半導体層からなる球状の半導体素子を、椀型の反射セルの底部に設置し、近紫外領域の波長により赤色光を励起する平均粒径50μmのユーロピウム系蛍光体を12質量%含有したシリコーンゴムキャップを、この球状の半導体素子に被せ、次に、椀型の反射セル部内の空間を、透明シリコーン樹脂で封入して、太陽電池アセンブリを作製した。その光電エネルギー変換効率を測定した。その結果を、表1に示す。
Example 1
A spherical semiconductor element composed of an InGaAs-based semiconductor layer that does not perform photoelectric energy conversion in the ultraviolet region but converts photoelectric energy by irradiation with a wavelength in the range of 600 nm to 700 nm is installed at the bottom of the bowl-shaped reflection cell, This spherical semiconductor element is covered with a silicone rubber cap containing 12% by mass of an europium-based phosphor having an average particle diameter of 50 μm that excites red light depending on the wavelength, and then the space inside the bowl-shaped reflection cell portion is transparent silicone. The solar cell assembly was fabricated by encapsulating with resin. The photoelectric energy conversion efficiency was measured. The results are shown in Table 1.
(比較例1)
蛍光体を含有したシリコーンゴムキャップを用いなかったこと以外は、実施例1と同様して、太陽電池アセンブリを作製した。その光電エネルギー変換効率を測定した。その結果を、表1に示す。
(Comparative Example 1)
A solar cell assembly was produced in the same manner as in Example 1 except that the silicone rubber cap containing the phosphor was not used. The photoelectric energy conversion efficiency was measured. The results are shown in Table 1.
表1から明らかな通り、実施例1の太陽電池アセンブリは、比較例1のものよりも、格段に光電エネルギー変換効率が高かった。 As is clear from Table 1, the solar cell assembly of Example 1 was significantly higher in photoelectric energy conversion efficiency than that of Comparative Example 1.
(実施例2)
InGaP系半導体素子からなる光電エネルギー変換する二層の球状の半導体素子を、椀型の反射セルの底部に設置し、平均粒径7μmのYAG蛍光体10質量%含有したシリコーンゴムキャップを、この球状の半導体素子に被せたこと以外は、実施例1と同様にして、太陽電池アセンブリを作製した。この太陽電池アセンブリを用いると、660nm以下の変換効率の高いInGaP系半導体素子が光電変換し易い波長領域に、近紫外領域の光を効率的に変換することができた。
(Example 2)
A two-layer spherical semiconductor element composed of InGaP-based semiconductor elements for photoelectric energy conversion is placed at the bottom of a bowl-shaped reflection cell, and a silicone rubber cap containing 10% by mass of a YAG phosphor having an average particle diameter of 7 μm A solar cell assembly was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor element was covered. When this solar cell assembly was used, light in the near-ultraviolet region could be efficiently converted into a wavelength region in which an InGaP-based semiconductor element having a high conversion efficiency of 660 nm or less is easily photoelectrically converted.
本発明の太陽電池アセンブリは、光電変換効率がよく任意の形状の基板に備え付けることができるから、家屋の屋根、携帯電子機器、自動車、人工衛星等に搭載して用いることができる。 The solar cell assembly of the present invention can be mounted on a roof of a house, a portable electronic device, an automobile, an artificial satellite, or the like because it has a high photoelectric conversion efficiency and can be provided on a substrate having an arbitrary shape.
1は太陽電池アセンブリ、2は反射凹面、3は光電変換素子、3aはp型シリコン半導体、3bはn型シリコン半導体、4は樹脂体、4aは下部樹脂体、4bは上部樹脂体、5は絶縁体層、6は電通エレメント、7は電極エレメント、8は保護板、9a・9bは電線、10・10a・10b・10c・10d・10e・10fは太陽光、11は蛍光材、12は蛍光層、13は導光材、14は光散乱剤である。 1 is a solar cell assembly, 2 is a reflective concave surface, 3 is a photoelectric conversion element, 3a is a p-type silicon semiconductor, 3b is an n-type silicon semiconductor, 4 is a resin body, 4a is a lower resin body, 4b is an upper resin body, Insulator layer, 6 is a conductive element, 7 is an electrode element, 8 is a protective plate, 9a and 9b are electric wires, 10 · 10a · 10b · 10c · 10d · 10e · 10f are sunlight, 11 is a fluorescent material, and 12 is fluorescent A layer, 13 is a light guide, and 14 is a light scattering agent.
Claims (10)
前記反射凹面の少なくとも開放面が、光を透過するもので光散乱剤を含有したシリコーン樹脂で形成されている樹脂体で覆われ、前記樹脂体の内に前記光電変換素子が封止されており、前記樹脂体に、蛍光材及び/又はりん光材が含有され、又は蛍光材及び/又はりん光材を含有する層が付されていることによって、
前記光電変換素子に前記入射光が到達する途中に、その光の一部を波長変換する前記蛍光材及び/又はりん光材が配置されており、
前記シリコーン樹脂が、ジメチルオルガノポリシロキサンをベースポリマーとするもので、液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂原料組成物を熱硬化した付加反応硬化型シリコーン樹脂であって、
前記光電変換素子は、一方の半導体層の表面が他方の半導体層で覆われ、他方の半導体層の欠落部分から一方の半導体層が露出しているものであり、その他方の半導体層が電極に接続し、その一方の半導体層が前記露出部分を通じて電極エレメントに接続しており、
前記反射凹面が電極を兼ねる金属層からなり、前記他方の半導体層が前記金属層に接触されつつ前記光電変換素子が配置されていることを特徴とする太陽電池アセンブリ。 The photoelectric conversion element is disposed on the bottom of the reflective concave surface for reflecting and focusing incident light onto the photoelectric conversion element on which the semiconductor layer is laminated, or on the top thereof,
At least an open surface of the concave concave surface is covered with a resin body that transmits light and is formed of a silicone resin containing a light scattering agent, and the photoelectric conversion element is sealed in the resin body In addition, the resin body contains a fluorescent material and / or a phosphorescent material, or a layer containing a fluorescent material and / or a phosphorescent material is attached,
While the incident light reaches the photoelectric conversion element, the fluorescent material and / or phosphorescent material for wavelength conversion of a part of the light is disposed ,
The silicone resin is based on dimethylorganopolysiloxane, and is an addition reaction curable silicone resin obtained by thermally curing a liquid addition reaction curable silicone resin raw material composition,
In the photoelectric conversion element, the surface of one semiconductor layer is covered with the other semiconductor layer, and one semiconductor layer is exposed from a missing portion of the other semiconductor layer, and the other semiconductor layer is an electrode. And one of the semiconductor layers is connected to the electrode element through the exposed portion,
The solar cell assembly, wherein the reflective concave surface is made of a metal layer also serving as an electrode, and the photoelectric conversion element is arranged while the other semiconductor layer is in contact with the metal layer .
前記光電変換素子は、一方の半導体層の表面が他方の半導体層で覆われ、他方の半導体層の欠落部分から一方の半導体層が露出しているものであり、その他方の半導体層が電極に接続し、その一方の半導体層が前記露出部分を通じて電極エレメントに接続しており、
前記反射凹面が電極を兼ねる金属層からなり、前記他方の半導体層が前記金属層に接触されつつ前記光電変換素子が配置されていて、
蛍光材及び/又はりん光材を含有させて前記樹脂体を形成し、又は前記樹脂体を形成してから蛍光材及び/又はりん光材を含有する層を付し、又は蛍光材及び/又はりん光材を含有する層で前記光電変換素子を被覆してから前記樹脂体を形成するものであって、前記シリコーン樹脂が、ジメチルオルガノポリシロキサンをベースポリマーとするもので、液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂原料組成物を熱硬化した付加反応硬化型シリコーン樹脂であることによって、
請求項1に記載の太陽電池アセンブリを製造することを特徴とする太陽電池アセンブリの製造方法。 A method of manufacturing a solar cell assembly in which the concave surface of a cup having a concave surface is plated, a photoelectric conversion element is placed on the concave surface, and then the concave surface is sealed with a light-transmitting resin body together with the photoelectric conversion element. Te,
In the photoelectric conversion element, the surface of one semiconductor layer is covered with the other semiconductor layer, and one semiconductor layer is exposed from a missing portion of the other semiconductor layer, and the other semiconductor layer is an electrode. And one of the semiconductor layers is connected to the electrode element through the exposed portion,
The reflective concave surface is made of a metal layer also serving as an electrode, and the photoelectric conversion element is disposed while the other semiconductor layer is in contact with the metal layer,
The resin body is formed by containing a fluorescent material and / or a phosphorescent material, or a layer containing the fluorescent material and / or the phosphorescent material is attached after forming the resin body, or the fluorescent material and / or The resin body is formed after coating the photoelectric conversion element with a layer containing a phosphorescent material, and the silicone resin is based on dimethylorganopolysiloxane, and is a liquid addition reaction curing By being an addition reaction curable silicone resin obtained by thermally curing a silicone resin raw material composition of a mold ,
A method for manufacturing a solar cell assembly, comprising manufacturing the solar cell assembly according to claim 1 .
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