JP6086778B2 - 太陽電池用プリズム部材および太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュール本体に設けられる太陽電池用プリズム部材、および太陽電池モジュールに関するものである。

太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池モジュールは、大気汚染や地球温暖化などの環境問題に対応して、二酸化炭素を排出せずに発電できるクリーンなエネルギー源として注目されている。

太陽電池モジュールは、発電効率を上げるために、様々な工夫がなされている。このような太陽電池モジュールとしては、例えば、太陽光発電素子に対する太陽光の入射角度を制御するもの、あるいは太陽電池モジュール内に入射した太陽光を当該モジュール内に閉じ込めるようにしたもの等が知られている。ここで、「閉じ込める」とは、例えば、太陽電池モジュール内に入射した太陽光が当該モジュールと空気との界面において空気中に出射することなく全反射等することをいう。

特許文献１には、複数のプリズム型光学素子が入射面及び出射面の少なくとも一方に形成された光学層を設けた太陽電池モジュールが開示されている。この太陽電池モジュールでは、太陽光発電素子に対する太陽光の入射角度が光学層によって制御されることにより、太陽光の入射角度の変化に基づく発電効率の変化が緩和されるようになっている。

ところで、太陽電池モジュール内に入射した太陽光を当該モジュール内に閉じ込める場合には、太陽光の入射角度を制御する場合と比較して、空気中に出射されることによる太陽光の損失を低減することができ、ひいては太陽電池モジュールの発電効率を向上させることができるという点で望ましい。

そこで、特許文献２には、太陽光発電素子の表面にプリズムが設けられた太陽電池モジュールが開示されている。この太陽電池モジュールでは、プリズムの表面から太陽電池モジュール内に入射した太陽光が、太陽光発電素子を透過した後にプリズム方向に反射すると、プリズムの表面で散乱、反射して太陽光発電素子に向かって再度進行する。これにより、太陽を太陽電池モジュール内に閉じ込めようとしている。

国際公開第２０１０／０６１６３７号 特開２００５−３４０５８３号公報

特許文献２における太陽電池モジュールでは、太陽光発電素子に対してほぼ垂直に反射した太陽光のみを反射によって閉じ込めることが可能となっている。しかしながら、太陽電池モジュール内に存在する太陽光のうち太陽光発電素子に対してほぼ垂直に反射する太陽光は少ないことから、反射によって発電に利用可能な太陽光が少なくなる。このため、太陽電池モジュールの発電効率を向上させることが十分ではなかった。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、発電効率を向上させることの可能な太陽電池用プリズム部材および太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１に本発明は、反射面を有する太陽電池モジュール本体の太陽光入射側に設けられる太陽電池用プリズム部材であって、前記太陽電池用プリズム部材は、前記太陽電池モジュール本体側とは反対側に、前記太陽電池モジュール本体の前記反射面に対して非平行の第１の表面および第２の表面を備えており、前記第１の表面と前記第２の表面との境界は、前記太陽電池モジュール本体から凸となる方向に峰を形成しており、前記第１の表面の表面積と前記２の表面の表面積との面積比は、２：１〜１０：１であり、かつ、前記太陽電池用プリズム部材の屈折率をｎ、前記太陽電池モジュール本体の前記反射面に対する前記第１の表面の傾斜角（ただし、前記太陽電池用プリズム部材側の角度）をθ_ｓＰ、前記太陽電池モジュール本体の前記反射面の垂線と、前記第１の表面に入射する太陽光とがなす角度（狭い方の角度；太陽光入射角度）をθ_ｉｎとしたときに、下記式（ａ）
２θ_ｓＰ＋ｓｉｎ^−１（ｓｉｎ（θ_ｉｎ−θ_ｓＰ）／ｎ）＞ｓｉｎ^−１（１／ｎ） …（ａ）
の関係を満たすことを特徴とする太陽電池用プリズム部材を提供する（発明１）。

上記発明（発明１）に係る太陽電池用プリズム部材では、太陽電池用プリズム部材の屈折率ｎと、第１の表面の傾斜角θ_ｓＰと、太陽光入射角度θ_ｉｎとを、式（ａ）の関係を満たすように設定することによって、太陽電池モジュール本体の反射面で反射した太陽光を第１の表面（太陽電池用プリズム部材の内側の面）で全反射させることが可能となる。また、第１の表面の表面積は第２の表面の表面積より大きく形成されているので、反射面で反射した太陽光を全反射させることの可能な表面を大きくすることができ、第１の表面及び第２の表面のうち何れかの表面から太陽光が入射した場合でも、反射面で反射した太陽光を第１の表面で全反射させ易くなる。かかる太陽電池用プリズム部材によれば、反射面における太陽光の反射と、第１の表面における太陽光の全反射とが交互に繰り返されるので、太陽光が太陽電池モジュール本体内を複数回通過することが可能となる。このため、太陽光を太陽電池モジュール本体における発電に複数回利用することができ、太陽電池モジュール本体における発電効率を向上させることができる。この効果は、特に太陽光入射角度θ_ｉｎが大きい場合（例えば朝夕の時間帯等）に、顕著に現われる。

上記発明（発明１）において、前記太陽電池モジュール本体の前記反射面に対する前記第２の表面の傾斜角（ただし、前記太陽電池用プリズム部材側の角度）をθ_ｎＰとしたときに、下記式（ｂ）
θ_ｓＰ＜θ_ｎＰ …（ｂ）
の関係を満たすことが好ましい（発明２）。

上記発明（発明１，２）において、前記太陽電池用プリズム部材は、前記第１の表面および前記第２の表面をそれぞれ１つずつ有するプリズム単位が、前記第１の表面と前記第２の表面とが交互に位置するように複数連なって、アレイ状になっていることが好ましい（発明３）。

上記発明（発明１〜３）において、前記θ_ｓＰは、１°以上３０°以下であることが好ましい（発明４）。

上記発明（発明２〜４）において、前記θ_ｎＰは、７５°以上９０°以下であることが好ましい（発明５）。

第２に本発明は、反射面を有する太陽電池モジュール本体と、前記太陽電池モジュール本体の太陽光入射側に設けられた太陽電池用プリズム部材（発明１〜５）とを備えたことを特徴とする太陽電池モジュールを提供する（発明６）。

上記発明（発明６）に係る太陽電池モジュールでは、太陽電池用プリズム部材の屈折率ｎと、第１の表面の傾斜角θ_ｓＰと、太陽光入射角度θ_ｉｎとを、式（ａ）の関係を満たすように設定することによって、太陽電池モジュール本体の反射面で反射した太陽光を第１の表面（太陽電池用プリズム部材の内側の面）で全反射させることが可能となる。また、第１の表面の表面積は第２の表面の表面積より大きく形成されているので、反射面で反射した太陽光を全反射させることの可能な表面を大きくすることができ、第１の表面及び第２の表面のうち何れかの表面から太陽光が入射した場合でも、反射面で反射した太陽光を第１の表面で全反射させ易くなる。かかる太陽電池モジュールによれば、反射面における太陽光の反射と、第１の表面における太陽光の全反射とが交互に繰り返されるので、太陽光が太陽電池モジュール本体内を複数回通過することが可能となる。このため、太陽光を太陽電池モジュール本体における発電に複数回利用することができ、太陽電池モジュール本体における発電効率を向上させることができる。この効果は、特に太陽光入射角度θ_ｉｎが大きい場合（例えば朝夕の時間帯等）に、顕著に現われる。

上記発明（発明６）において、前記太陽電池モジュール本体は、前記太陽電池用プリズム部材側から順に、透明基材と、太陽光発電素子を有する太陽光発電層と、前記反射面を有する反射層とを積層した積層体を備えることが好ましい（発明７）。

第３に本発明は、第１の媒体と、前記第１の媒体と隣接し、前記第１の媒体よりも太陽から遠い側に位置する第２の媒体と、前記第２の媒体よりも太陽から遠い側に位置する反射面とを備えた太陽電池モジュールであって、前記第１の媒体と前記第２の媒体との界面は、前記反射面に対して非平行の第１の界面および第２の界面を備えており、前記第１の界面と前記第２の界面との境界は、前記反射面から凸となる方向に峰を形成しており、前記第１の界面の表面積と前記２の界面の表面積との面積比は、２：１〜１０：１であり、かつ、前記第１の媒体の屈折率をｎ_１、前記第２の媒体の屈折率をｎ_２、前記反射面に対する前記第１の界面の傾斜角をθ_ｓＰ、前記反射面の垂線と、前記第１の媒体から前記第１の界面に入射する太陽光とがなす角度（太陽光入射角度）をθ_ｉｎとしたときに、下記式（ｃ）
２θ_ｓＰ＋ｓｉｎ^−１（ｓｉｎ（θ_ｉｎ−θ_ｓＰ）ｎ_１／ｎ_２）＞ｓｉｎ^−１（ｎ_１／ｎ_２） …（ｃ）
の関係を満たすことを特徴とする太陽電池モジュールを提供する（発明８）。

上記発明（発明８）に係る太陽電池モジュールでは、第１の媒体の屈折率ｎ_１と、第２の媒体の屈折率ｎ_２と、第１の界面の傾斜角θ_ｓＰと、太陽光入射角度θ_ｉｎとを、式（ｃ）の関係を満たすように設定することによって、反射面で反射した太陽光を第１の界面で全反射させることが可能となる。また、第１の界面の表面積は第２の界面の表面積より大きく形成されているので、反射面で反射した太陽光を全反射させることの可能な界面を大きくすることができ、第１の界面及び第２の界面のうち何れかの界面から太陽光が入射した場合でも、反射面で反射した太陽光を第１の表面で全反射させ易くなる。かかる太陽電池モジュールによれば、反射面における太陽光の反射と、第１の界面における太陽光の全反射とが交互に繰り返されるので、太陽光が太陽光発電部分を複数回通過することが可能となる。このため、太陽光を太陽光発電部分における発電に複数回利用することができ、発電効率を向上させることができる。この効果は、特に太陽光入射角度θ_ｉｎが大きい場合（例えば朝夕の時間帯等）に、顕著に現われる。

本発明に係る太陽電池用プリズム部材及び太陽電池モジュールは、発電効率を向上させることができるという優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの概略構成図である。 図１のＡ−Ａ線断面における要部拡大図である。 太陽電池モジュール内を光が透過する様子を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュールの要部拡大断面図である。 変形例１において太陽電池モジュール内を光が透過する様子を説明する図である。 変形例２に係る太陽電池モジュールの概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの概略構成図である。本実施形態に係る太陽電池モジュール１は、太陽電池モジュール本体１０と、太陽電池モジュール本体１０の太陽光入射側（図１中では上側）に設けられる太陽電池用プリズム部材２０とから構成されている。本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、太陽電池モジュール本体１０における太陽光の反射と、太陽電池用プリズム部材２０における太陽光の全反射とが交互に繰り返されることによって、太陽光が太陽電池モジュール本体１０内を複数回通過することが可能となっている。

本実施形態に係る太陽電池モジュール本体１０は、太陽電池用プリズム部材２０側（図１中では上側）から順に、透明基材１１と、太陽光発電層１２と、反射層１３とを少なくとも積層した積層体を備える。この構成によれば、太陽電池用プリズム部材２０と反射層１３との間に太陽光発電層１２が介在することから、太陽光が太陽光発電層１２を複数回通過することが可能となる。このため、発電における太陽光の利用効率を高めることができ、発電効率を向上させることができる。

透明基材１１は、太陽光発電層１２を衝撃、汚れ、水分の浸入等から保護し、太陽光などの光源の光を透過する基材である。透明基材１１は、光の透過率が高い透明な材料を用いてシート状に形成され、太陽光発電層１２の表面（図１中では上面）に積層されている。

透明基材１１は、例えば、強化ガラス、サファイアガラス、ソーダガラス等からなるガラス板、あるいはポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）等からなる樹脂シート又はそれら樹脂シートの積層体を用いて形成される。例えば透明基材１１がガラス板の場合には、透明基材１１の厚さ（図中Ｚ方向の寸法）は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、特に０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。また、例えば透明基材１１が樹脂シートの場合には、透明基材１１の厚さは、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、特に０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。

太陽光発電層１２は、光エネルギーを光電変換によって電力に変換する太陽光発電素子（図示省略）を有するシート状の層である。本実施形態の例では、太陽光発電層１２は、反射層１３の表面（図１中では上面）に積層されている。通常、太陽光発電層１２の内部では、複数の太陽光発電素子が封止材（図示省略）によって封止されている。

太陽光発電素子としては、例えば、単結晶シリコン太陽電池素子、多結晶シリコン太陽電池素子、アモルファスシリコン太陽電池素子、微結晶シリコン太陽電池素子、球状シリコン太陽電池素子などのシリコン系太陽電池素子を用いることができる。また、太陽光発電素子として、カルコパイライト系（ＣＩＳ系）太陽電池素子、ＣＩＧＳ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ ＤｉＳｅｌｅｎｉｄｅ）系太陽電池素子、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）系太陽電池素子などの化合物太陽電池素子を採用することもできる。さらに、太陽光発電素子として、色素増感太陽電池素子、有機薄膜太陽電池素子、多接合型太陽電池素子、ＨＩＴ（ハイブリッド）型太陽電池素子等を用いてもよい。

封止材としては、光の透過率が高く、且つ、耐候性、耐高温、耐高湿、耐候性等の耐久性、及び電気絶縁性を有する材料が用いられることが好適である。例えば、封止材の材料は、オレフィン系樹脂であることが好ましく、特に酸素等に対するガスバリア性が高いこと、架橋が容易であること、入手のし易さ等の観点から、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）であることが好ましい。

太陽光発電層１２の厚さ（図中Ｚ方向の寸法）は、１μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、特に２μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。

反射層１３は、太陽光発電層１２を透過した光を反射するシート状の層である。本実施形態の例では、反射層１３の表面のうち太陽光発電層１２に面する表面（図１中では上面）は、太陽電池モジュール本体１０の幅方向（図中Ｘ方向）及び長さ方向（図中Ｙ方向）に広がった平面形状を有しており、太陽光発電層１２を透過した光を反射する反射面１３ａとなっている。

反射層１３は、太陽光を反射することができる層であれば、その材料は特に限定されるものではない。反射層１３の材料としては、例えば、アルミニウム、銀、金、ニッケル、スズ、ジルコニウム等の金属が挙げられ、中でも、反射率が高く、緻密な層を比較的容易に形成することができるアルミニウムが好ましい。

反射層１３の厚さ（図中Ｚ方向の寸法）は、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、特に１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。

なお、反射層１３は、ガラス板、樹脂フィルム等の他の基材上に形成されたものであってもよいし、太陽光発電層１２の裏面（図１中では下面）に設けられた裏面電極によって構成されてもよい。

上記太陽電池モジュール本体１０を製造する方法は特に限定されず、例えば、太陽光発電層１２の一対の主表面のうち一方の主表面に透明基材１１、他方の主表面に反射層１３を設置し、それらを加熱しながらプレスして一体化することにより、太陽電池モジュール本体１０を製造することができる。ここで、太陽光発電層１２の主表面とは、太陽光発電層１２の表面のうち最も面積の大きい主要な表面をいう。

本実施形態における太陽電池用プリズム部材２０は、所定の屈折率ｎ（ｎ＞１）を有する透明な材料を用いて形成されている。太陽電池用プリズム部材２０を構成する材料としては、所望の屈折率ｎを有するものが適宜選択され、例えば、強化ガラス、サファイアガラス、ソーダガラス等のガラス、あるいはポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）等のプラスチックが挙げられる。これらの中でも、後述する式（５）を満たしやすい屈折率ｎを有するポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）等が好ましい。

本実施形態における太陽電池用プリズム部材２０では、その太陽光入射側（図１中では上側）に、複数のプリズム単位２１が設けられている。

各プリズム単位２１は、太陽電池モジュール本体１０側とは反対側、すなわち太陽光入射側（図１中では上側）に、反射面１３ａに対して非平行の第１の表面２１ａ及び第２の表面２１ｂをそれぞれ１つずつ有する。第１の表面２１ａ及び第２の表面２１ｂは、それぞれ太陽電池用プリズム部材２０の長さ方向（図中Ｙ方向）に延びた平面であって、太陽電池用プリズム部材２０の幅方向（図中Ｘ方向）に互いに隣接するように設けられている。また、各表面２１ａ，２１ｂの境界は頂部２１ｃを形成する。頂部２１ｃは、太陽電池モジュール本体１０から凸となる方向（太陽電池モジュール本体１０から離間する方向であり、図１中では上方）に峰を形成する。すなわち、第１の表面２１ａ及び第２の表面２１ｂは、太陽電池モジュール本体１０から凸となる方向に突出するように配置されている。

太陽電池用プリズム部材２０の一番厚い部分における厚さＴ（図２に示す）は、好ましくは０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、特に好ましくは０．０２ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。この太陽電池用プリズム部材２０の厚さＴは、発電効率を向上させるために、特定の太陽光入射角度θ_ｉｎ（図２に示す）で入射し、反射面１３ａで反射した太陽光を第１の表面２１ａ（太陽電池用プリズム部材２０の内側の面）に入射させ易くするように、調整することが好ましい。また、光の波長によって特性の異なる複数の太陽光発電素子が太陽光発電層１２に並んで設けられている場合には、例えば、太陽光が最初に一の太陽光発電素子に当たり、反射面１３ａまたは第１の表面２１ａで反射した太陽光が別の太陽光発電素子に当たるように、厚さＴを調整することにより、発電効率を向上させることができる。

各プリズム単位２１の幅Ｗ（図２に示す）は、好ましくは０．１ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、特に好ましくは０．２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．３ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。幅Ｗが０．１ｍｍ以上であることにより、頂部２１ｃの形状の製造誤差を無視することができる。一方、幅Ｗが１００ｍｍを超えると、反射面１３ａに対する第１の表面２１ａ及び第２の表面２１ｂそれぞれの傾斜角度θ_ｓＰ及びθ_ｎＰを後述する好ましい範囲にしたときに、太陽電池用プリズム部材２０の厚みが増え過ぎて重くなるおそれがある。

第１の表面２１ａの表面積は、第２の表面２１ｂの表面積よりも大きく形成されている。第１の表面２１ａの表面積と第２の表面２１ｂの表面積との面積比は、２：１〜１０：１であり、好ましくは３：１〜８：１であり、より好ましくは４：１〜６：１である。面積比をこのように設定することにより、反射面１３ａで反射した太陽光を全反射させることの可能な表面が大きくなり、第１の表面２１ａ及び第２の表面２１ｂのうち何れかの表面から太陽光が入射した場合でも、反射面１３ａで反射した太陽光を第１の表面２１ａ（太陽電池用プリズム部材２０の内側の面）で全反射させ易くなる。これにより、太陽光を太陽電池モジュール１内に閉じ込め易くなり、発電効率を向上させることができる。

各プリズム単位２１は、第１の表面２１ａと第２の表面２１ｂとが交互に位置するように連なって、アレイ状に設けられてもよい。本実施形態では、第１の表面２１ａと第２の表面２１ｂとが太陽電池用プリズム部材２０の幅方向（図１中ではＸ方向）に亘って交互に位置するように連なっている。この場合、各プリズム単位２１の第１の表面２１ａがそれぞれ同じ方向を向くように設けられる。これにより、例えば、各プリズム単位２１の第１の表面２１ａが太陽の軌道側を向くように太陽電池モジュール１を設置した場合には、太陽光を各プリズム単位２１の第１の表面２１ａに入射させることが可能になる。

次に、第１の表面２１ａ及び第２の表面２１ｂそれぞれの傾斜角度について、図２を参照して説明する。図２は、図１のＡ−Ａ線断面における要部拡大図である。

太陽電池用プリズム部材２０の屈折率をｎ、太陽電池用プリズム部材２０に対する太陽光の入射角度（太陽電池モジュール本体１０の反射面１３ａの垂線Ｐ_１と、太陽光Ｌ_０とがなす狭い方の角度；太陽光入射角度）をθ_ｉｎ、太陽電池モジュール本体１０の反射面１３ａに対する第１の表面２１ａの傾斜角（ただし、太陽電池用プリズム部材２０側の角度）をθ_ｓＰとする。このとき、太陽電池モジュール本体１０の反射面１３ａの垂線Ｐ_１と、第１の表面２１ａから太陽電池用プリズム部材２０に入射した太陽光Ｌ_１とがなす角度θ_ｉｎＰ（狭い方の角度）は、以下の式（１）のように示される。
θ_ｉｎＰ＝θ_ｓＰ＋ｓｉｎ^−１（ｓｉｎ（θ_ｉｎ−θ_ｓＰ）／ｎ） …（１）

次に、太陽電池用プリズム部材２０と透明基材１１との界面、および透明基材１１と太陽光発電層１２との界面において、太陽光Ｌ_１の光軸の偏向がない場合（つまり、太陽光Ｌ_１が屈折しない場合）、あるいは入射時と出射時の２回の屈折の結果、光軸の偏向がない状態と変わらない場合を仮定すると、太陽光Ｌ_１のうち反射面１３ａにて反射した太陽光Ｌ_２の、第１の表面２１ａに対する入射角度（太陽光Ｌ_２と、第１の表面２１ａの垂線Ｐ_２とがなす角度）θ_１Ｐは、以下の式（２）のように示される。
θ_１Ｐ＝θ_ｓＰ＋θ_ｉｎＰ …（２）

ここで、太陽光Ｌ_２が第１の表面２１ａにて全反射するためには、入射角度θ_１Ｐが臨界角θ_Ｃよりも大きくなければならない。つまり、入射角度θ_１Ｐと臨界角θ_Ｃとの関係は、以下の式（３）のように示される。
θ_１Ｐ＞θ_Ｃ …（３）

なお、臨界角θ_Ｃは、スネルの法則によって、以下の式（４）のように示される。
θ_Ｃ＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ） …（４）

式（１）を式（２）に代入することにより求められた入射角度θ_１Ｐの内容と、式（４）の臨界角θ_Ｃの内容とを式（３）に代入することにより、入射角度θ_１Ｐと臨界角θ_Ｃとの関係は、以下の式（５）のように示される。
２θ_ｓＰ＋ｓｉｎ^−１（ｓｉｎ（θ_ｉｎ−θ_ｓＰ）／ｎ）＞ｓｉｎ^−１（１／ｎ） …（５）

本実施形態に係る太陽電池用プリズム部材２０は、式（５）の関係を満たすものである。式（５）の関係を満たすように、太陽電池用プリズム部材２０の屈折率ｎと、第１の表面２１ａの傾斜角θ_ｓＰと、太陽光入射角度θ_ｉｎとが設定されることにより、反射面１３ａで反射した太陽光を、太陽電池用プリズム部材２０の第１の表面２１ａ（太陽電池用プリズム部材２０の内側の面）にて全反射させることが可能となる。なお、太陽光入射角度θ_ｉｎは、時間や季節によって変化するものであるため、太陽電池用プリズム部材２０は、上記式（５）を常時満たす必要はない。

なお、第１の表面２１ａの傾斜角θ_ｓＰは、太陽電池モジュール１の設置位置における太陽光の入射角度θ_ｉｎの取りうる範囲に応じて任意に設定され得る。ただし、傾斜角θ_ｓＰの値が大きい場合には、それに応じて第２の表面２１ｂの表面積が大きくなることから、反射面１３ａで反射した太陽光が第１の表面２１ａに入射され難く、逆に第２の表面２１ｂに入射され易くなる。このとき、太陽光が第２の表面２１ｂから外部に出射され、太陽光を太陽電池モジュール１内に閉じ込めることができない場合がある。これを鑑みると、第１の表面２１ａの傾斜角θ_ｓＰは、１°以上３０°以下に設定されることが好ましく、特に５°以上２５°以下に設定されることが好ましく、さらには１０°以上２０°以下に設定されることが好ましい。

また、太陽電池モジュール本体１０の反射面１３ａに対する第２の表面２１ｂの傾斜角（ただし、太陽電池用プリズム部材２０側の角度）をθ_ｎＰとしたときに、以下の式（６）の関係を満たすことが好ましい。
θ_ｓＰ＜θ_ｎＰ …（６）
反射面１３ａで反射した太陽光は、第１の表面２１ａに当たり続ける限りは、当該第１の表面２１ａでの全反射によって太陽電池モジュール１内に閉じ込められるが、いずれは第２の表面２１ｂに当たり、第２の表面２１ｂから太陽電池モジュール１外に出射することとなる。しかしながら、上記の式（６）の関係を満たすことで、反射面１３ａで反射した太陽光を第２の表面２１ｂに当たり難く、第１の表面２１ａに当たり易くするようにすることができ、したがって、太陽光が太陽電池モジュール１内に閉じ込められる確率を高くすることができる。

上記を鑑みると、第２の表面２１ｂの傾斜角θ_ｎＰは、７５°以上９０°以下に設定されることが好ましく、特に７８°以上８８°以下に設定されることが好ましく、さらには８０°以上８５°以下に設定されることが好ましい。

ここで、前述した式（５）の関係は、前述した太陽電池用プリズム部材２０の屈折率ｎおよび第１の表面２１ａの傾斜角θ_ｓＰの好ましい数値範囲から、太陽光Ｌ_０の入射角度θ_ｉｎと傾斜角θ_ｓＰとの差が９０°に近づくほど満たし易いものとなる。したがって、太陽電池モジュール１は、太陽光Ｌ_０の入射角度θ_ｉｎと傾斜角θ_ｓＰとの差が大きくなる時間帯（例えば朝夕の時間帯等）が存在するように設置されることが好ましい。具体的には、太陽光Ｌ_０の入射角度θ_ｉｎと傾斜角θ_ｓＰとの差が７０°以上９０°未満、好ましくは７５°以上９０°未満、特に好ましくは８０°以上９０°未満となる時間帯が存在するように設置されることが好ましい。太陽電池モジュール１がこのように設置されることにより、発電効率が顕著に向上し、日中を通して太陽電池モジュール１の発電量を増やすことができる。

以上のように構成された太陽電池モジュール１に対して太陽光が入射した場合の一例を、図３を参照して説明する。図３は、太陽電池モジュール内を光が透過する様子を説明する図である。

図３に示す例では、各プリズム単位２１の第１の表面２１ａが太陽の軌道側を向くように、太陽電池モジュール１が設置されている。先ず、各プリズム単位２１の第１の表面２１ａに対して太陽光Ｌ_０が入射する。このときの太陽光Ｌ_０の入射角度は、θ_ｉｎである。

次に、第１の表面２１ａから太陽電池用プリズム部材２０内に入射した太陽光Ｌ_１は、第１の表面２１ａにおいて屈折し、透明基材１１及び太陽光発電層１２に向けて進行する。なお、太陽光Ｌ_１の屈折角度は、θ_ｉｎＰである。また、太陽光発電層１２において、太陽光Ｌ_１の一部は、太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_１の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

太陽光発電層１２を透過した太陽光Ｌ_１は、反射層１３の反射面１３ａにて反射する。反射面１３ａにて反射した太陽光Ｌ_２は、太陽光発電層１２及び透明基材１１を介して太陽電池用プリズム部材２０に向けて進行する。太陽光Ｌ_２の一部は、太陽光発電層１２の太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_２の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

太陽光発電層１２を透過した太陽光Ｌ_２が太陽電池用プリズム部材２０の第１の表面２１ａに入射したとき、第１の表面２１ａに対する太陽光Ｌ_２の入射角度θ_１Ｐが臨界角θ_Ｃより大きいことから、太陽光Ｌ_２は第１の表面２１ａ（太陽電池用プリズム部材２０の内側の面）にて全反射する。

第１の表面２１ａにて全反射した太陽光Ｌ_３は、透明基材１１及び太陽光発電層１２を介して反射層１３に向けて進行する。太陽光Ｌ_３の一部は、太陽光発電層１２の太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_３の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

太陽光発電層１２を透過した太陽光Ｌ_３は、反射層１３の反射面１３ａにて反射する。反射面１３ａにて反射した太陽光Ｌ_４は、太陽光発電層１２及び透明基材１１を介して太陽電池用プリズム部材２０に向けて進行する。太陽光Ｌ_４の一部は、太陽光発電層１２の太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_４の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

太陽光発電層１２を透過した太陽光Ｌ_４が太陽電池用プリズム部材２０の第１の表面２１ａに入射した場合、第１の表面２１ａに対する太陽光Ｌ_４の入射角度θ_２Ｐは、以下の式（７）のように示される。
θ_２Ｐ＝２θ_ｓＰ＋θ_１Ｐ …（７）

上記式（７）において、θ_１Ｐは臨界角θ_Ｃより大きいことから、太陽光Ｌ_４の入射角度θ_２Ｐは、臨界角θ_Ｃより大きい。このため、太陽光Ｌ_４は、第１の表面２１ａ（太陽電池用プリズム部材２０の内側の面）にて全反射する。

第１の表面２１ａにて全反射した太陽光Ｌ_５は、透明基材１１及び太陽光発電層１２を介して反射層１３に向けて進行する。太陽光Ｌ_５の一部は、太陽光発電層１２の太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_５の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

太陽光発電層１２を透過した太陽光Ｌ_５は、反射層１３の反射面１３ａにて反射する。反射面１３ａにて反射した太陽光Ｌ_６は、太陽光発電層１２及び透明基材１１を介して太陽電池用プリズム部材２０に向けて進行する。太陽光Ｌ_６の一部は、太陽光発電層１２の太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_６の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

太陽光発電層１２を透過した太陽光Ｌ_６が太陽電池用プリズム部材２０の第１の表面２１ａに入射した場合、第１の表面２１ａに対する太陽光Ｌ_６の入射角度θ_３Ｐ（図示省略）は、以下の式（８）のように示される。
θ_３Ｐ＝２θ_ｓＰ＋θ_２Ｐ …（８）

上記式（８）において、θ_２Ｐは臨界角θ_Ｃより大きいことから、太陽光Ｌ_６の入射角度θ_３Ｐは、臨界角θ_Ｃより大きい。このため、太陽光Ｌ_６は、第１の表面２１ａ（太陽電池用プリズム部材２０の内側の面）にて全反射する。

このようにして、反射面１３ａにおける太陽光の反射と、第１の表面２１ａにおける太陽光の全反射とが交互に繰り返される。

以上説明したように、本実施形態に係る太陽電池用プリズム部材２０及び太陽電池モジュール１によれば、太陽電池用プリズム部材２０の屈折率ｎと、第１の表面２１ａの傾斜角θ_ｓＰと、太陽光入射角度θ_ｉｎとを、式（５）の関係を満たすように設定することによって、太陽電池モジュール本体１０の反射面１３ａで反射した太陽光を第１の表面２１ａ（太陽電池用プリズム部材２０の内側の面）で全反射させることが可能となる。また、第１の表面２１ａの表面積は第２の表面２１ｂの表面積より大きく形成されているので、反射面１３ａで反射した太陽光を全反射させることの可能な表面を大きくすることができ、第１の表面２１ａ及び第２の表面２１ｂのうち何れかの表面から太陽光が入射した場合でも、反射面１３ａで反射した太陽光を第１の表面２１ａで全反射させ易くなる。かかる太陽電池用プリズム部材２０及び太陽電池モジュール１によれば、反射面１３ａにおける太陽光の反射と、第１の表面２１ａにおける太陽光の全反射とが交互に繰り返されるので、太陽光が太陽電池モジュール本体１０内を複数回通過することが可能となる。このため、太陽光を太陽電池モジュール本体１０における発電に複数回利用することができ、太陽電池モジュール本体１０における発電効率を向上させることができる。この効果は、特に太陽光入射角度θ_ｉｎが大きい場合（例えば朝夕の時間帯等）に顕著に現われる。

〔第２の実施形態〕
以下、本発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュールについて説明する。本実施形態に係る太陽電池モジュールは、第１の媒体と第２の媒体との界面において太陽光を全反射させるようにした点において、第１の実施形態に係る太陽電池モジュールと異なる。以下、第１の実施形態と異なる構成について図４を参照して説明する。

図４は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの要部拡大断面図である。本実施形態に係る太陽電池モジュール１００は、第１の透明基材３０と、第２の透明基材３１と、太陽光発電層１２と、反射層１３とを少なくとも積層した積層体を備える。第２の透明基材３１は、第１の透明基材３０および太陽光発電層１２と積層方向（図中Ｚ方向）に隣接し、第１の透明基材３０よりも太陽から遠い側に位置し、かつ太陽光発電層１２よりも太陽に近い側に位置する。また、反射層１３の反射面１３ａは、太陽光発電層１２よりも太陽から遠い側に位置する。なお、本実施形態において、第１の透明基材３０は「第１の媒体」の一例であり、第２の透明基材３１は「第２の媒体」の一例である。

第１の透明基材３０及び第２の透明基材３１は、それぞれ所定の屈折率ｎ_１及び屈折率ｎ_２を有する透明な材料を用いて形成されている。第１の透明基材３０又は第２の透明基材３１を構成する材料としては、所望の屈折率ｎ_１又は屈折率ｎ_２を有するものが適宜選択され、例えば、強化ガラス、サファイアガラス、ソーダガラス等のガラス、あるいはポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）等のプラスチックが挙げられる。第１の透明基材３０としては、後述する式（９）を満たしやすい屈折率ｎ_１を有するポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）等が好ましく、第２の透明基材３１としては、後述する式（９）を満たしやすい屈折率ｎ_２を有するポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）等が好ましい。なお、この場合、屈折率ｎ_１及びｎ_２は、例えば、第２の透明基材３１に高屈折率剤を配合することによって、調整することができる。

第１の透明基材３０の屈折率ｎ_１及び第２の透明基材３１の屈折率ｎ_２は、それぞれ任意に設定され得るが、第２の透明基材３１の屈折率ｎ_２が第１の透明基材３０の屈折率ｎ_１よりも大きくなるように設定されることが好ましい。

第１の透明基材３０と第２の透明基材３１との界面は、反射層１３の反射面１３ａに対して非平行の第１の界面３１ａ及び第２の界面３１ｂを有する。第１の界面３１ａ及び第２の界面３１ｂは、それぞれ太陽電池モジュール１００の長さ方向に延びた平面であって、太陽電池モジュール１００の幅方向（図中Ｘ方向）に互いに隣接するように設けられている。また、第１の界面３１ａ及び第２の界面３１ｂの境界は頂部３１ｃを形成する。頂部３１ｃは、反射面１３ａから凸となる方向（反射面１３ａから離間する方向であり、図４中では上方）に峰を形成する。ここで、互いに隣接する一の第１の界面３１ａと一の第２の界面３１ｂとの組み合わせを１組の山型界面という。

第１の透明基材３０の一番厚い部分における厚さＴ１（図４に示す）は、好ましくは０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、特に好ましくは０．０２ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。また、第２の透明基材３１の一番厚い部分における厚さＴ２（図４に示す）は、好ましくは０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、特に好ましくは０．０２ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

上記第１の透明基材３０および第２の透明基材３１の各々の厚さ（Ｔ１及びＴ２）は、発電効率を向上させるために、第１の透明基材３０から第２の透明基材３１に特定の太陽光入射角度θ_ｉｎ（図４に示す）で入射し、反射面１３ａで反射した太陽光を第１の界面３１ａ（第２の透明基材３１の内側の面）に入射させ易くするように、調整することが好ましい。また、光の波長によって特性の異なる複数の太陽光発電素子が太陽光発電層１２に並んで設けられている場合には、例えば、太陽光が最初に一の太陽光発電素子に当たり、反射面１３ａまたは第１の界面３１ａで反射した太陽光が別の太陽光発電素子に当たるように、第１の透明基材３０および第２の透明基材３１の厚さを調整することにより、発電効率を向上させることができる。

１組の山型界面の幅Ｗ１（図４に示す）は、好ましくは０．１ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、特に好ましくは０．２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．３ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。幅Ｗ１が０．１ｍｍ以上であることにより、頂部３１ｃの形状の製造誤差を無視することができる。一方、幅Ｗ１が１００ｍｍを超えると、反射面１３ａに対する第１の界面３１ａ及び第２の界面３１ｂそれぞれの傾斜角度θ_ｓＰ及びθ_ｎＰを後述する好ましい範囲にしたときに、第１の透明部材３０および／または第２の透明部材３１の厚みが増え過ぎて重くなるおそれがある。

第１の界面３１ａの面積は、第２の界面３１ｂの面積よりも大きく形成されている。第１の界面３１ａの面積と第２の界面３１ｂの面積との面積比は、２：１〜１０：１であり、好ましくは３：１〜８：１であり、より好ましくは４：１〜６：１である。面積比をこのように設定することにより、反射面１３ａで反射した太陽光を全反射させることの可能な表面が大きくなり、第１の界面３１ａ及び第２の界面３１ｂのうち何れかの表面から太陽光が入射した場合でも、反射面１３ａで反射した太陽光を第１の界面３１ａ（第２の透明基材３１の内側の面）で全反射させ易くなる。これにより、太陽光を太陽電池モジュール１００内に閉じ込め易くなり、発電効率を向上させることができる。

１組の山型界面は、第１の界面３１ａと第２の界面３１ｂとが交互に位置するように連なって、アレイ状に形成されてもよい。本実施形態では、第１の界面３１ａと第２の界面３１ｂとが太陽電池モジュール１００の幅方向（図４中ではＸ方向）に亘って交互に位置するように連なっている。この場合、各組の山型界面がそれぞれ同じ方向を向くように設けられる。これにより、例えば、各組の山型界面における第１の界面３１ａが太陽の軌道側を向くように太陽電池モジュール１００を設置した場合には、太陽光を各組の山型界面における第１の界面３１ａに入射させることが可能になる。

次に、第１の界面３１ａ及び第２の界面３１ｂそれぞれの傾斜角度について説明する。第１の透明基材３０の屈折率をｎ_１、第２の透明基材３１の屈折率をｎ_２、反射面１３ａに対する第１の界面３１ａの傾斜角をθ_ｓＰ、反射面１３ａの垂線Ｐ_１と、第１の透明基材３０から第２の透明基材３１の第１の界面３１ａに入射する太陽光Ｌ_１とがなす角度（太陽光入射角度）をθ_ｉｎとしたとき、太陽光が第１の界面３１ａにて全反射するための条件は、上述した式（５）と同様にして以下の式（９）のように示される。
２θ_ｓＰ＋ｓｉｎ^−１（ｓｉｎ（θ_ｉｎ−θ_ｓＰ）ｎ_１／ｎ_２）＞ｓｉｎ^−１（ｎ_１／ｎ_２） …（９）

本実施形態に係る太陽電池モジュール１００は、式（９）の関係を満たすものである。式（９）の関係を満たすように、第１の透明基材３０の屈折率ｎ_１と、第２の透明基材３１の屈折率ｎ_２と、第１の界面３１ａの傾斜角θ_ｓＰと、太陽光入射角度θ_ｉｎとが設定されることにより、反射面１３ａで反射した太陽光を、第１の界面３１ａ（第２の透明基材３１の内側の面）にて全反射させることが可能となる。なお、太陽光入射角度θ_ｉｎは、時間や季節によって変化するものであるため、太陽電池モジュール１００は、上記式（９）を常時満たす必要はない。

第１の界面３１ａの傾斜角θ_ｓＰは、前述した第１の実施形態における太陽電池用プリズム部材２０の第１の表面２１の傾斜角θ_ｓＰと同様に、１°以上３０°以下に設定されることが好ましく、特に５°以上２５°以下に設定されることが好ましく、さらには１０°以上２０°以下に設定されることが好ましい。

また、第１の界面３１ａの傾斜角θ_ｓＰと、第２の界面３１ｂの傾斜角θ_ｎＰとは、上述した式（６）の関係を満たすことが好ましい。この場合、反射面１３ａで反射した太陽光を第２の界面３１ｂに当たり難く、第１の界面３１ａに当たり易くするようにすることができ、したがって、太陽光が太陽電池モジュール１００内に閉じ込められる確率を高くすることができる。

上記を鑑みると、第２の界面３１ｂの傾斜角θ_ｎＰは、７５°以上９０°以下に設定されることが好ましく、特に７８°以上８８°以下に設定されることが好ましく、さらには８０°以上８５°以下に設定されることが好ましい。

ここで、前述した式（９）の関係は、前述した第１の透明基材３０の屈折率ｎ_１、第２の透明基材３１の屈折率ｎ_２および第１の界面３１ａの傾斜角θ_ｓＰの好ましい数値範囲から、太陽光入射角度θ_ｉｎと傾斜角θ_ｓＰとの差が９０°に近づくほど満たし易いものとなる。したがって、太陽電池モジュール１００は、太陽光入射角度θ_ｉｎと傾斜角θ_ｓＰとの差が９０°に近い時間帯（例えば朝夕の時間帯等）が存在するように設置されることが好ましい。具体的には、太陽光入射角度θ_ｉｎと傾斜角θ_ｓＰとの差が７０°以上９０°未満、好ましくは７５°以上９０°未満、特に好ましくは８０°以上９０°未満となる時間帯が存在するように設置されることが好ましい。太陽電池モジュール１００がこのように設置されることにより、発電効率が顕著に向上し、日中を通して太陽電池モジュール１の発電量を増やすことができる。

以上のように構成された太陽電池モジュール１００に対して太陽光が入射した場合の一例を説明する。

図４に示す例では、第１の界面３１ａが太陽の軌道側を向くように、太陽電池モジュール１００が設置されている。先ず、第１の透明基材３０の入射面（図４中では上面）に対して太陽光Ｌ_０が入射する。第１の透明基材３０の入射面から第１の透明基材３０内に入射した太陽光Ｌ_１は、当該入射面において屈折し、第２の透明基材３１に向けて進行する。

次に、第１の界面３１ａから第２の透明基材３１内に入射した太陽光Ｌ_２は、第１の界面３１ａにおいて屈折し、太陽光発電層１２に向けて進行する。なお、太陽光Ｌ_２の屈折角度は、θ_ｉｎＰである。太陽光Ｌ_２の一部は、太陽光発電層１２の太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_２の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

太陽光発電層１２を透過した太陽光Ｌ_２は、反射層１３の反射面１３ａにて反射する。反射面１３ａにて反射した太陽光Ｌ_３は、第２の透明基材３１に向かって太陽光発電層１２内を進行する。太陽光Ｌ_３の一部は、太陽光発電層１２の太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_３の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

太陽光発電層１２を透過した太陽光Ｌ_３が第２の透明基材３１を透過し、第１の界面３１ａに入射したとき、第１の界面３１ａに対する太陽光Ｌ_３の入射角度θ_１Ｐが臨界角θ_Ｃより大きいことから、太陽光Ｌ_３は第１の界面３１ａ（第２の透明基材３１の内側の面）にて全反射する。

このようにして、反射面１３ａにおける太陽光の反射と、第１の界面３１ａにおける太陽光の全反射とが交互に繰り返される。

以上説明したように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００によれば、第１の透明基材３０の屈折率ｎ_１と、第２の透明基材３１の屈折率ｎ_２と、第１の界面３１ａの傾斜角θ_ｓＰと、太陽光入射角度θ_ｉｎとを、式（９）の関係を満たすように設定することによって、反射面１３ａで反射した太陽光を第１の界面３１ａで全反射させることが可能となる。また、第１の界面３１ａの面積は第２の界面３１ｂの面積より大きく形成されているので、反射面１３ａで反射した太陽光を全反射させることの可能な界面を大きくすることができ、第１の界面３１ａ及び第２の界面３１ｂのうち何れかの表面から太陽光が入射した場合でも、反射面１３ａで反射した太陽光を第１の界面３１ａで全反射させ易くなる。かかる太陽電池モジュール１００によれば、反射面１３ａにおける太陽光の反射と、第１の界面３１ａにおける太陽光の全反射とが交互に繰り返されるので、太陽光が太陽光発電部分を複数回通過することが可能となる。このため、太陽光を太陽光発電部分における発電に複数回利用することができ、発電効率を向上させることができる。この効果は、特に太陽光入射角度θ_ｉｎが大きい場合（例えば朝夕の時間帯等）に、顕著に現われる。

以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記各実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

〔変形例１〕
上記各実施形態では、太陽電池用プリズム部材２０の第１の表面２１ａ、あるいは太陽電池モジュール１００における第１の界面３１ａが太陽の軌道側を向くように配置される場合を一例として説明したが、これらの場合に限られない。例えば、図５に示すように、太陽電池用プリズム部材２０の第２の表面２１ｂが太陽の軌道側を向くように配置されてもよい。

この場合においても、太陽光Ｌ_０が第２の表面２１ｂに入射すると、太陽電池モジュール１内に入射した太陽光Ｌ_１〜Ｌ_６は、反射面１３ａにおける反射と、第１の表面２１ａにおける全反射とを交互に繰り返すことになる。これにより、発電効率を向上させることが可能となる。

また、この場合においても、前述した式（５）の関係は、前述した太陽電池用プリズム部材２０の屈折率ｎおよび第１の表面２１ａの傾斜角θ_ｓＰの好ましい数値範囲から、太陽光Ｌ_０の入射角度θ_ｉｎと傾斜角θ_ｓＰとの差が９０°に近づくほど満たし易いものとなる。したがって、太陽電池モジュール１は、太陽光Ｌ_０の入射角度θ_ｉｎと傾斜角θ_ｓＰとの差が９０°に近づく時間帯（例えば朝夕の時間帯等）が存在するように設置されることが好ましい。具体的には、太陽光Ｌ_０の入射角度θ_ｉｎと傾斜角θ_ｓＰとの差が７０°以上９０°未満、好ましくは７５°以上９０°未満、特に好ましくは８０°以上９０°未満となる時間帯が存在するように設置されることが好ましい。太陽電池モジュール１がこのように設置されることにより、発電効率が顕著に向上し、日中を通して太陽電池モジュール１の発電量を増やすことができる。

なお、第２の表面２１ｂの傾斜角θ_ｎＰを大きく形成したときには、太陽光Ｌ_０の入射角度が大きい場合に当該太陽光Ｌ_０を第２の表面２１ｂから太陽電池モジュール１内に入射させ易くなり、効果的に発電効率を向上させることが可能となる。この場合、第２の表面２１ｂの傾斜角θ_ｎＰは、７５°以上９０°未満に設定されることが好ましく、特に７８°以上８８°未満に設定されることが好ましく、さらには８０°以上８５°未満に設定されることが好ましい。

一方、前述した第２の実施形態に係る太陽電池モジュール１００において、第２の界面３１ｂが太陽の軌道側を向くように配置した場合にも、上記と同様に発電効率を向上させることが可能となる。

〔変形例２〕
上記各実施形態では、太陽電池用プリズム部材２０の第１の表面２１ａ及び第２の表面２１ｂの各々が複数設けられている場合（プリズム単位２１が複数設けられている場合）、あるいは太陽電池モジュール１００における第１の界面３１ａ及び第２の界面３１ｂの各々が複数形成されている場合（１組の山型界面が複数形成されている場合）を一例として説明したが、これらの場合に限られない。例えば、図６に示すように、一つの太陽電池用プリズム部材２０につき、第１の表面２１ａ及び第２の表面２１ｂがそれぞれ一つずつ設けられてもよい（プリズム単位２１が一つだけ設けられてもよい）。この場合においても、発電効率を向上させることが可能である。

また、前述した第２の実施形態に係る太陽電池モジュール１００において、第１の界面３１ａ及び第２の界面３１ｂをそれぞれ一つずつ形成した場合（山型界面を１組だけ形成した場合）にも、発電効率を向上させることが可能である。

〔変形例３〕
上記第１の実施形態では、透明基材１１が太陽電池モジュール本体１に設けられている場合を一例として説明したが、透明基材１１を太陽電池モジュールに設けなくてもよい。この場合、太陽電池用プリズム部材２０が透明基材１１の役割を果たすこともできる。この場合においても、反射面１３ａにおける太陽光の反射と、太陽電池用プリズム部材２０の第１の表面２１ａにおける太陽光の全反射とを交互に繰り返すことができるので、発電効率を向上させることができる。

〔変形例４〕
上記第２の実施形態では、第１の透明基材３０が第１の媒体であって、第２の透明基材３１が第２の媒体である場合を一例として説明したが、例えば、太陽光発電層１２の太陽に近い側の表面形状を上記第２の透明基材３１の太陽に近い側の表面形状と同様の形状とし、第２の透明基材３１を省略して、太陽光発電層１２自体を第２の媒体としてもよい。この場合、第１の透明基材３０と太陽光発電層１２との界面が、前述した第１の界面３１ａ及び第２の界面３１ｂを有することとなり、太陽光発電層１２（特に封止材）は、屈折率ｎ_２を有するように設定される。

この場合においても、反射面１３ａにおける太陽光の反射と、第１の界面３１ａにおける太陽光の全反射とを交互に繰り返すことができるので、発電効率を向上させることができる。

以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。

〔実施例１〕
まず、図１及び図２に示すような太陽電池用プリズム部材を準備した。具体的には、第１の表面２１ａの傾斜角θ_ｓＰが２５°、第２の表面２１ｂの傾斜角θ_ｎＰが９０°、屈折率が１．５６、各プリズム単位の幅Ｗが３００μｍ、厚さＴが２ｍｍ、４０ｍｍ角のプリズム（日本特殊光学樹脂社製，ＬＰ２５−０．３）を準備し、当該プリズムを、ミニソーラー風車（イーケイジャパン社製，ＪＳ−Ｇ５００３）の太陽光受光部分を覆うように配置した。

〔比較例１〕
ミニソーラー風車（イーケイジャパン社製，ＪＳ−Ｇ５００３）を準備した。なお、比較例１には、実施例１におけるプリズムが設けられていない。

〔試験例１〕
実施例１の風車および比較例１の風車を、太陽光の入射角度θ_ｉｎ＝８０°、１３０００ｌｘの環境下に配置した。太陽光の入射方位角は、プリズム単位の配列方向に直交するように調整した。この結果、実施例１では、風車の羽根が回転した。一方、比較例１では、風車の羽根は回転しなかった。また、実施例１の風車と比較例１の風車の位置を交換した上で上記環境下に再度配置したが、上記と同様に実施例１では風車の羽根は回転したが、比較例１では風車の羽根は回転しなかった。

試験１から分かるように、実施例１の太陽電池モジュールは、比較例１の太陽電池モジュールと比べて発電効率を向上させることができた。

〔実施例２〕
第１の表面２１ａの傾斜角θ_ｓＰが２５°、第２の表面２１ｂの傾斜角θ_ｎＰが９０°、各プリズム単位の幅Ｗが０．３ｍｍ、厚さ２ｍｍ、幅１０５ｍｍ×長さ６０ｍｍのプリズム（日本特殊光学樹脂社製，ＬＰ２５−０．３）を準備し、当該プリズムを、太陽電池モジュール（ＥＬＥＫＩＴ社製，Ａ２００）の太陽光受光部分を覆うように配置した。

〔比較例２〕
太陽電池モジュール（ＥＬＥＫＩＴ社製，Ａ２００）を準備した。なお、比較例２には、実施例２におけるプリズムが設けられていない。

〔試験例２〕
実施例２の太陽電池モジュールおよび比較例２の太陽電池モジュールのそれぞれに対して、入射角度θ_ｉｎを変化させて光（光源：Ｃ光源，約３００ｌｘ）を照射した。そして、実施例２の太陽電池モジュールおよび比較例２の太陽電池モジュールがそれぞれ発生させた電圧の値を、入射角度θ_ｉｎを変化させる毎に測定した。また、実施例２の太陽電池モジュールで発生した電圧（Ｖ１）と、比較例２の太陽電池モジュールで発生した電圧（Ｖ２）との比（Ｖ１／Ｖ２）を、入射角度θ_ｉｎを変化させる毎に算出した。結果を表１に示す。

表１から分かるように、実施例２の太陽電池モジュールは、それぞれの入射角度において、比較例２の太陽電池モジュールよりも高い電圧を発生させることができた。また、実施例２の太陽電池モジュールは、光の入射角度が大きい場合（θ_ｉｎ＝８０°）に、比較例２の太陽電池モジュールと比べてより高い電圧を発生させることができた。

本発明に係る太陽電池用プリズム部材は、発電効率を向上させることの可能な太陽電池用プリズム部材として好適に用いられる。

また、本発明に係る太陽電池モジュールは、発電効率を向上させることの可能な太陽電池モジュールとして好適に用いられる。

１，１００…太陽電池モジュール
１０…太陽電池モジュール本体
１１…透明基材
１２…太陽光発電層
１３…反射層
１３ａ…反射面
２０…太陽電池用プリズム部材
２１…プリズム単位
２１ａ…第１の表面
２１ｂ…第２の表面
２１ｃ…頂部
３０…第１の透明基材
３１…第２の透明基材
３１ａ…第１の界面
３１ｂ…第２の界面
３１ｃ…頂部

Claims (8)

1. 反射面を有する太陽電池モジュール本体の太陽光入射側に設けられる太陽電池用プリズム部材であって、
   前記太陽電池用プリズム部材は、前記太陽電池モジュール本体側とは反対側に、前記太陽電池モジュール本体の前記反射面に対して非平行の第１の表面および第２の表面を備えており、
   前記第１の表面と前記第２の表面との境界は、前記太陽電池モジュール本体から凸となる方向に峰を形成しており、
   前記第１の表面の表面積と前記２の表面の表面積との面積比は、２：１〜１０：１であり、かつ、
   前記太陽電池用プリズム部材の屈折率をｎ、
   前記太陽電池モジュール本体の前記反射面に対する前記第１の表面の傾斜角（ただし、前記太陽電池用プリズム部材側の角度）をθ_ｓＰ、
   前記太陽電池モジュール本体の前記反射面の垂線と、前記第１の表面に入射する太陽光とがなす角度（狭い方の角度）をθ_ｉｎ
   としたときに、下記式（ａ）
   ２θ_ｓＰ＋ｓｉｎ^−１（ｓｉｎ（θ_ｉｎ−θ_ｓＰ）／ｎ）＞ｓｉｎ^−１（１／ｎ） …（ａ）
   の関係を満たす
   ことを特徴とする太陽電池用プリズム部材。
2. 前記太陽電池モジュール本体の前記反射面に対する前記第２の表面の傾斜角（ただし、前記太陽電池用プリズム部材側の角度）をθ_ｎＰとしたときに、下記式（ｂ）
   θ_ｓＰ＜θ_ｎＰ …（ｂ）
   の関係を満たす
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用プリズム部材。
3. 前記太陽電池用プリズム部材は、前記第１の表面および前記第２の表面をそれぞれ１つずつ有するプリズム単位が、前記第１の表面と前記第２の表面とが交互に位置するように複数連なって、アレイ状になっていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池用プリズム部材。
4. 前記θ_ｓＰは、１°以上３０°以下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太陽電池用プリズム部材。
5. 前記θ_ｎＰは、７５°以上９０°以下であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の太陽電池用プリズム部材。
6. 反射面を有する太陽電池モジュール本体と、
   前記太陽電池モジュール本体の太陽光入射側に設けられた、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池用プリズム部材と
   を備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。
7. 前記太陽電池モジュール本体は、前記太陽電池用プリズム部材側から順に、
   透明基材と、
   太陽光発電素子を有する太陽光発電層と、
   前記反射面を有する反射層と
   を積層した積層体を備えることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
8. 第１の媒体と、
   前記第１の媒体と隣接し、前記第１の媒体よりも太陽から遠い側に位置する第２の媒体と、
   前記第２の媒体よりも太陽から遠い側に位置する反射面と
   を備えた太陽電池モジュールであって、
   前記第１の媒体と前記第２の媒体との界面は、前記反射面に対して非平行の第１の界面および第２の界面を備えており、
   前記第１の界面と前記第２の界面との境界は、前記反射面から凸となる方向に峰を形成しており、
   前記第１の界面の表面積と前記２の界面の表面積との面積比は２：１〜１０：１であり、かつ、
   前記第１の媒体の屈折率をｎ_１、
   前記第２の媒体の屈折率をｎ_２、
   前記反射面に対する前記第１の界面の傾斜角をθ_ｓＰ、
   前記反射面の垂線と、前記第１の媒体から前記第１の界面に入射する太陽光とがなす角度をθ_ｉｎ
   としたときに、下記式（ｃ）
   ２θ_ｓＰ＋ｓｉｎ^−１（ｓｉｎ（θ_ｉｎ−θ_ｓＰ）ｎ_１／ｎ_２）＞ｓｉｎ^−１（ｎ_１／ｎ_２） …（ｃ）
   の関係を満たす
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。

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