JP7303634B2 - 発光構造体、及び太陽光発電システム - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は、以下の[1]~[12]を提供する。
[1]励起光を吸収して波長変換させて発光するとともに、その最大発光波長が400nm以上であるシート状構造体と、前記シート状構造体の側面に設けられる光反射防止材とを備える発光構造体。
[2]前記シート状構造体が、1以上の層を有するとともに、少なくとも1層が無機ガラス板、及び樹脂板のいずれかから選択される基板であり、前記基板が発光し、又は基板以外の層が発光する、上記[1]に記載の発光構造体。
[3]前記シート状構造体が、無機ガラス及び樹脂板のいずれかである基板と、前記基板の少なくとも一方の面側に設けられ、励起光を吸収して波長変換させて発光するとともに、その最大発光波長が400nm以上であるシート状部材とを備える上記[1]に記載の発光構造体。
[4]前記シート状部材が、樹脂を含有し、前記樹脂中に前記波長変換材料が分散された発光層である上記[3]に記載の発光構造体。
[5]前記シート状部材が、前記基板の表面に形成された皮膜からなり、又は基材フィルムの少なくとも一方の表面に皮膜が形成されてなるものであり、前記皮膜が波長変換材料を有する上記[3]に記載の発光構造体。
[6]前記シート状構造体が、2枚の基板を備え、前記シート状部材が2枚の基板の間に配置される上記[3]~[5]のいずれか1項に記載の発光構造体。
[7]前記光反射防止材の可視光線透過率が70%以上である上記[1]~[6]のいずれか1項に記載の発光構造体。
[8]前記シート状構造体の最大発光波長が780~1300nmである上記[1]~[7]のいずれか1項に記載の発光構造体。
[9]前記シート状構造体の最大励起波長が400nm以下である上記[1]~[8]のいずれか1項に記載の発光構造体。
[10]前記光反射防止材が、モスアイ構造を有する上記[1]~[9]のいずれか1項に記載の発光構造体。
[11]前記シート状構造体が、無機ガラス板、及び樹脂板のいずれかから選択される基板を備え、前記光反射防止材が、屈折率が前記基板の屈折率よりも低い反射防止膜である上記[1]~[10]のいずれか1項に記載の発光構造体。
[12]上記[1]~[11]のいずれか1項に記載の発光構造体と、前記発光構造体の前記側面において前記光反射防止材の外側に設けられた発電用セルとを備える太陽電池システム。
<発光構造体>
本発明の発光構造体は、励起光を吸収して波長変換させて発光するとともに、その最大発光波長が400nm以上であるシート状構造体と、シート状構造体の側面に設けられる光反射防止材とを備える。
本発明の発光構造体は、シート状構造体の一方の面から太陽光等の光が入射され、その入射された光の少なくとも一部を、シート状構造体によって波長変換して発光するものである。
本発明では、シート状構造体の側面に光反射防止材が設けられたことで、シート状構造体で発光し、シート状構造体内部で反射されつつ側面まで導かれた光の側面における反射が防止される。そのため、シート状構造体の側面における反射ロスを少なくして、シート状構造体で発光した光を効率よく、発光構造体の側面から出射することが可能になる。
本発明で使用するシート状構造体は、上記したように、最大発光波長が400nm以上となるものである。最大発光波長が400nm未満となると、長波長の光を十分に発光できず、発電用セルにおいて高い発電効率で発電できなくなる。シート状構造体における最大発光波長は、500nm以上が好ましく、700nm以上がより好ましく、780nm以上がさらに好ましい。最大発光波長が700nm以上であると、シート状構造体によって発光する光が近赤外線の光となるので、発電用セルにおける発電効率をより高くすることが可能になる。
シート状構造体における最大発光波長は、その上限は特に限定されないが、一般的な波長変換材料によって波長変換して発光できるように、1400nm以下が好ましく、1300nm以下がより好ましい。
可視光線透過率は、シート状構造体の透明性を高める観点から、10%以上がより好ましく、20%以上がさらに好ましい。また、可視光線透過率は、その上限は特に限定されないが、92%以下が好ましく、89%以下がより好ましい。なお、可視光線透過率とは、400~780nmにおける可視光線透過率の平均値を意味する。
波長変換材料としては、紫外光を、最大発光波長が近赤外光となるように波長変換するものが好ましく、特にスズ酸バリウムが好ましい。また、波長変換材料は、粒子状のものを使用することが好ましく、その平均粒径は例えば10~400nm、好ましくは10~200nmであり、より好ましくは10~100nmである。平均粒径は、ナノ粒子解析装置(堀場製作所社製、nano Partica SZ-100)により測定することができる。波長変換材料の平均粒径は、以下の手順に従って測定される。まず、濃度が5重量%となるように波長変換材料をメタノールに分散し、測定試料を得る。ナノ粒子解析装置(nano Partica SZ-100)を用いて、平均粒径として上記測定試料のD50を測定する。
波長変換材料は、無機ガラスを構成する無機材料100質量部、又は樹脂板を構成する樹脂100質量部に対して、0.01~3質量部が好ましく、0.05~1.5質量部がより好ましく、0.1~1.0質量部がさらに好ましい。
波長変換材料の含有量をこれら下限値以上とすることで、シート状構造体が基板を十分に発光することが可能になる。また、これら上限値以下とすることで、可視光線透過率が必要以上に低下することを防止できる。
シート状部材において、樹脂中に上記波長変換材料を分散させる場合、波長変換材料の含有量は、樹脂100質量部に対して、0.01~3質量部が好ましく、0.05~1.5質量部がより好ましく、0.1~1.0質量部がさらに好ましい。
波長変換材料の含有量をこれら下限値以上とすることで、シート状部材が十分に発光することが可能になる。また、これら上限値以下とすることで、可視光線透過率が必要以上に低下することを防止できる。
さらに、シート状部材は、基板とは別に設けられた樹脂フィルムなどの基材フィルムの一方の表面に皮膜が形成されてなるものであってもよい。皮膜は、波長変換材料を有するものであり、上記波長変換材料を、真空蒸着、スパッタリング、コーティングなどすることで基材フィルム上に形成するとよい。基材フィルムの一方の表面に皮膜が形成されてなるシート状部材は、圧着などにより基板に直接接着されてもよいし、後述する中間膜などの他の層を介して基板に接着されてもよい。また、基材フィルムの樹脂としては、ポリエステルなどの公知の樹脂を使用すればよい。基材フィルムの厚さは、例えば、1mm以下、好ましくは10~400μm程度である。
波長変換材料を有する皮膜は、波長変換材料のみからなるものでもよいが、波長変換材料等に加えバインダー成分等を含有してもよい。
また、図2に示すように、シート状構造体20は、第1の基板11と、第2の基板12の間に空気層13が設けられるとともに、一方の基板(第2の基板12)の他方の基板(第1の基板11)に対向する表面に、波長変換材料を有する皮膜(シート状部材)10Bが形成されたものも好ましい。
上記したようにシート状構造体20は、その一方の面から太陽光などの光が入射される。例えば、図1、2に示すシート状構造体20においては、第1の基板11の表面11A側から太陽光などの光が入射されてもよいし、第2の基板12の表面11B側から太陽光などの光が入射されてもよい。
ただし、図2に示すシート状構造体20では、側面に導かれる光の量を多くする観点から、表面11B側から太陽光などの光が入射されることが好ましい。
具体的には、図2に示す構造においては、空気層の代わりに中間膜が設けられてもよい。すなわち、シート状構造体は、一方の基板(第2の基板)の表面に、波長変換材料を有する皮膜(シート状部材)が形成され、一方の基板の皮膜が形成された面と、他方の基板(第1の基板)とが、中間膜を介して接着されるものでもよい。
さらに、各中間膜の厚さは、例えば、0.1~2.0mm、好ましくは0.2~1.0mmである。
シート状構造体の側面に導かれる光の量を高める観点から、発光層の屈折率は、1.30~1.80であることが好ましく、1.40~1.60であることがより好ましい。また、各基板の屈折率は、1.35~1.85であることが好ましく、1.45~1.65であることがより好ましい。
例えば、2枚の基板(第1及び第2の基板)を有し、その2枚の基板の間にシート状部材が設けられるとともに、第1の基板の表面側から太陽光等の光が入射される場合には、第2の基板の表面などに反射層が設けられるとよい。また、基板が1枚のみ設けられる場合には、基板の太陽光などが入射される面とは反対側の面に反射層が設けられるとよい。
ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコールをアルデヒドでアセタール化して得られるポリビニルアセタール樹脂であれば特に限定されないが、ポリビニルブチラール樹脂が好適である。
上記ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度の好ましい下限は40モル%、好ましい上限は85モル%であり、より好ましい下限は60モル%、より好ましい上限は75モル%である。
ポリビニルアセタール樹脂としてポリビニルブチラール樹脂を用いる場合も、同様の観点から、水酸基量の好ましい下限は15モル%、好ましい上限は35モル%であり、より好ましい下限は25モル%、より好ましい上限は33モル%である。
なお、上記アセタール化度及び上記水酸基量は、例えば、JIS K6728「ポリビニルブチラール試験方法」に準拠した方法により測定することができる。
ポリビニルアセタール樹脂の重合度の好ましい下限は500、好ましい上限は4000である。重合度を500以上することで、シート状構造体の耐貫通性が良好になる。また、重合度を4000以下とすることで、シート状構造体の成形がしやすくなる。重合度のより好ましい下限は1000、より好ましい上限は3600である。
エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂としては、非架橋型のエチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂であってもよいし、また、高温架橋型のエチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂であってもよい。また、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂としては、エチレン-酢酸ビニル共重合体けん化物、エチレン-酢酸ビニルの加水分解物などのようなエチレン-酢酸ビニル変性体樹脂も用いることができる。
アイオノマー樹脂としては、特に限定はなく、様々なアイオノマー樹脂を用いることができる。具体的には、エチレン系アイオノマー、スチレン系アイオノマー、パーフルオロカーボン系アイオノマー、テレケリックアイオノマー、ポリウレタンアイオノマー等が挙げられる。これらの中では、シート状構造体の機械強度、耐久性、透明性などが良好になる点、基板が無機ガラスである場合のこれらとの接着性に優れる点から、エチレン系アイオノマーが好ましい。
不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸等が挙げられ、アクリル酸、メタクリル酸が好ましい。また、他のモノマーとしては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、1-ブテン等が挙げられる。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体としては、該共重合体が有する全構成単位を100モル%とすると、エチレン由来の構成単位を75~99モル%有することが好ましく、不飽和カルボン酸由来の構成単位を1~25モル%有することが好ましい。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーは、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体が有するカルボキシル基の少なくとも一部を金属イオンで中和または架橋することにより得られるアイオノマー樹脂であるが、該カルボキシル基の中和度は、通常は1~90%であり、好ましくは5~85%である。
ポリウレタン樹脂としては、イソシアネート化合物と、ジオール化合物とを反応して得られるポリウレタン、イソシアネート化合物と、ジオール化合物、さらに、ポリアミンなどの鎖長延長剤を反応させることにより得られるポリウレタンなどが挙げられる。また、ポリウレタン樹脂は、硫黄原子を含有するものでもよい。その場合には、上記ジオールの一部又は全部を、ポリチオール及び含硫黄ポリオールから選択されるものとするとよい。ポリウレタン樹脂は、樹脂板との接着性を良好にすることができる。そのため、基板の少なくとも一枚が樹脂板である場合に好適に使用される。
熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系熱可塑性エラストマー、脂肪族ポリオレフィンが挙げられる。スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。スチレン系熱可塑性エラストマーは、一般的に、ハードセグメントとなるスチレンモノマー重合体ブロックと、ソフトセグメントとなる共役ジエン化合物重合体ブロック又はその水添ブロックとを有する。スチレン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、スチレン-イソプレンジブロック共重合体、スチレン-ブタジエンジブロック共重合体、スチレン-イソプレン-スチレントリブロック共重合体、スチレン-ブタジエン/イソプレン-スチレントリブロック共重合体、スチレン-ブタジエン-スチレントリブロック共重合体、並びにその水素添加体が挙げられる。
上記脂肪族ポリオレフィンは、飽和脂肪族ポリオレフィンであってもよく、不飽和脂肪族ポリオレフィンであってもよい。上記脂肪族ポリオレフィンは、鎖状オレフィンをモノマーとするポリオレフィンであってもよく、環状オレフィンをモノマーとするポリオレフィンであってもよい。中間膜の保存安定性、及び、遮音性を効果的に高める観点からは、上記脂肪族ポリオレフィンは、飽和脂肪族ポリオレフィンであることが好ましい。
上記脂肪族ポリオレフィンの材料としては、エチレン、プロピレン、1-ブテン、trans-2-ブテン、cis-2-ブテン、1-ペンテン、trans-2-ペンテン、cis-2-ペンテン、1-ヘキセン、trans-2-ヘキセン、cis-2-ヘキセン、trans-3-ヘキセン、cis-3-ヘキセン、1-ヘプテン、trans-2-ヘプテン、cis-2-ヘプテン、trans-3-ヘプテン、cis-3-ヘプテン、1-オクテン、trans-2-オクテン、cis-2-オクテン、trans-3-オクテン、cis-3-オクテン、trans-4-オクテン、cis-4-オクテン、1-ノネン、trans-2-ノネン、cis-2-ノネン、trans-3-ノネン、cis-3-ノネン、trans-4-ノネン、cis-4-ノネン、1-デセン、trans-2-デセン、cis-2-デセン、trans-3-デセン、cis-3-デセン、trans-4-デセン、cis-4-デセン、trans-5-デセン、cis-5-デセン、4-メチル-1-ペンテン、及びビニルシクロヘキサン等が挙げられる。
発光層又は中間膜が熱可塑性樹脂を含有する場合、発光層又は中間膜にさらに可塑剤を含有させてもよい。発光層又は中間膜に可塑剤を含有させることにより、発光層又は中間膜が柔軟となり、その結果、シート状構造体が柔軟になる。さらには、基板、特に基板が無機ガラスである場合に、基板との接着性を高くすることも可能になる。可塑剤は、熱可塑性樹脂としてポリビニルアセタール樹脂を使用する場合に、その層に含有させると特に効果的である。
また、本発明の発光層又は中間膜は、熱可塑性樹脂を含有する場合、熱可塑性樹脂、又は熱可塑性樹脂及び可塑剤が主成分となるものであり、熱可塑性樹脂及び可塑剤の合計量が、発光層又は中間膜全量基準で、通常70質量%以上、好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上である。
発光層及び中間膜それぞれは、必要に応じて、酸化防止剤、接着力調整剤、顔料、染料、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤等の添加剤を含有してもよい。これらの中では、酸化防止剤を使用することが好ましい。
酸化防止剤は、特に限定されず、例えば、2,2-ビス[[[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニル]オキシ]メチル]プロパン-1,3-ジオール1,3-ビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオナート]、4,4’-チオビス(6-tert-ブチル-3-メチルフェノール)、4,4’-ジメチル-6,6’-ジ(tert-ブチル)[2,2’-メチレンビス(フェノール)]、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール、4,4’-ブチリデンビス-(6-t-ブチル-3-メチルフェノール)等が挙げられる。
基板は、窓に使用できるものであれば特に限定なく使用でき、無機ガラス板、樹脂板が挙げられる。無機ガラス板としては、特に限定されないが、クリアガラス、フロート板ガラス、磨き板ガラス、型板ガラス、網入り板ガラス、線入り板ガラス、グリーンガラス等が挙げられる。
また、樹脂板としては、一般的に樹脂ガラスと呼ばれるものが使用され、特に限定されないが、ポリカーボネート、アクリル樹脂、アクリル共重合体樹脂、ポリエステルなどの樹脂から構成される透明樹脂板が挙げられる。
また、樹脂板のガラス転移温度は、110℃以上がより好ましく、300℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましい。なお、ガラス転移温度を測定する方法として、JIS K 7121に準拠した示差走査熱量測定(DSC)が挙げられる。
また、各基板の厚さは、特に限定されないが、例えば、0.1~15mm程度、好ましくは0.5~5mmである。シート状構造体が複数の基板を有する場合、各基板の厚さは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
また、2枚の基板の間に空気層がある場合には、必要に応じて基板のいずれか一方にシート状部材を形成した後、2枚の基板をフレームに固定させればよい。
本発明の発光構造体は、光反射防止材を有する。光反射防止材は、シート状構造体の側面から出射する光の反射を防止する部材である。図1、2に示すように,光反射防止材14は、発光構造体15において、シート状構造体20の側面20Aに隣接するように設けられる。
光反射防止材は、反射防止材料をシート状構造体の側面に、真空蒸着法、コーティング法、スパッタリング法などにより皮膜させて形成してもよいし、フィルム状の光反射防止材を側面に接着して形成してもよい。また、光反射防止材は、シート状構造体の側面に直接皮膜又は接着して、シート状構造体の側面に直接接触するように設けられることが好ましいが、接着剤などを介してシート状構造体の側面に設けられてもよい。
また、光反射防止材は、後述する発電用セルが配置される位置に対応して設けられることが好ましい。したがって、発電用セルが、シート状構造体の側面の外側の一部に設けられれば、光反射防止材もその側面の一部に設けられればよい。また、発電用セルが、シート状構造体の側面の外側に全周にわたって設けられれば光反射防止材も全周にわたって設けられればよい。
微小突起は、円柱、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱などの柱形状、円錐、三角錐、四角錐などの先細り形状のものなどいかなる形状でもよい。
光反射防止材14は、モスアイ構造を有する場合、微細突起が形成される面は、光反射防止材14の外側面14B(すなわち、光反射防止材14のシート状構造体15側の面とは反対側の面)に配置される。
微細突起のピッチは、好ましくは1~300nm、より好ましくは50~200nmである。また、微細突起の高さは、好ましくは1~300nm、より好ましくは50~200nmである。
モスアイ構造を有する光反射防止材は、例えば、シート状構造体の側面に圧着させ、または、接着剤を使用して接着させればよい。
また、反射防止膜を一方の面に有する樹脂フィルムをシート状構造体20の側面に貼付してもよい。そのような反射防止膜を有する樹脂フィルムは、「AR1.5-M1210」(デクセリアルズ社)などの市販品を使用してもよい。
なお、上記熱収縮又は熱膨張は、特に限定されないが、基板と発光層などを一体化する際の熱圧着の加熱によって行なってもよいし、一体化した後、別途加熱して行なってもよい。
本発明の発光構造体は、シート状構造体の一方の面が太陽光が入射される屋外側に配置されて使用されるものである。本発明のシート状構造体は、各種分野に使用可能であるが、自動車、電車、船舶などの各種乗り物、ビル、マンション、一戸建て、ホール、体育館などの各種建築物等の室外窓用に使用されることが好ましい。なお、室外窓とは、本明細書では、太陽光が入射される位置に配置される窓を意味する。したがって、室外窓は、通常、建築物の外面、乗り物の外面に配置されるものであるが、二重窓の内窓などでも、太陽光が入射される位置に配置されるならば、本明細書の室外窓に包含される。
また、発光構造体は、自動車においては、リアウィンドウ、サイドウィンドウ、ルーフウィンドウに使用すればよい。
本発明の太陽電池システムは、上記した発光構造体と、発電用セルとを備える。発電用セル17は、図1、2に示すように、シート状構造体20の側面20Aにおいて、光反射防止材14の外側に設けられるものである。このように発電用セル17が配置されると、シート状構造体20で発光して、その内部を側面20Aまで導かれた光は、光反射防止材14を通過した後、発電用セル17に入射されることになる。これにより、太陽電池システムでは、シート状構造体20で発光した光の側面20Aでの反射ロスが少なくなり、発電セル17における発電効率が向上する。
発電用セル17は、図1,2に示すように、シート状構造体20の厚さ方向の全体にわたって、シート状構造体20内部に伝播される光を受光できるように配置されることが好ましいが、厚さ方向の一部において、シート状構造体20内部に伝播される光を受光できるように配置されてもよい。発電用セルは、厚さ方向の一部において光を受光できるように配置される場合、発光する層(例えば、発光層10A)から出射する光を少なくとも受光できるように、少なくとも発光する層の外側に設けられることが好ましい。
また、発電用セル17は、図1,2に示すように、通常、光反射防止材の外側面14Bに接触するように配置される。
太陽電池システムにおいて使用する発電用セルは、光を電気に変換するセルであれば特に限定されない。ただし、発電用セルは、シート状構造体の最大発光波長又はその近傍の光を高効率で電気に変換するものが好ましい。したがって、発電用セルは、400nm以上のいずれかの波長において発電効率が最も高くなればよいが、好ましくは500nm以上、より好ましくは700~1400nm、さらに好ましくは780~1300nmのいずれかの波長において発電効率が最も高くなる。このように近赤外領域の光に対して発電効率が高いと、上記したシート状部材の最大発光波長が近赤外領域にある場合に、発電効率を高くすることができる。
発電セルとしては、近赤外領域の光に対して発電効率を高くするために、シリコン系半導体、化合物半導体(CIS,CIGS)を光電変換層に用いた発電用セルが好ましい。
[最大励起波長、最大発光波長]
最大励起波長は、装置堀場製作所Fluorolog-3により300~500nmの励起光をシート状構造体又はシート状部材の一方の面に垂直に照射したとき、極大発光波長の条件で検出した蛍光強度が最大となる励起光の波長である。最大発光波長は、最大励起波長の光を照射したときに、500~1400nmの条件で検出した発光強度が最大となる波長である。
[屈折率]
屈折率は、デジタルアッベ屈折率計DR-A1(アタゴ社製)で測定したものである。
[可視光線透過率]
可視光線透過率は、JISR3212に準拠して測定機器:紫外可視赤外分光光度計(日立ハイテク社製、U4150)で測定し、400~780nmにおける可視光線透過率の平均値を求めた。
各実施例、比較例で得られたシート状構造体の側面の外側に発電用シリコン太陽電池モジュール(商品名「ETMP250-0.5V」、秋月電子通商社製、通販コード M-04179)を配置した。発電用セルは、各実施例では光反射防止材の外側面に接するように配置する一方、比較例ではシート状構造体の側面に接するように配置した。
発電量は、シート状構造体の一方の面(第1の基板の表面)側から擬似太陽光を入射させ、発電用セルにおける単位面積当たりの発電量を測定することで評価した。なお、擬似太陽光の光源としては、朝日分光株式会社製のソーラーシュミレーターHAL-C100を用いた。
A:比較例1に比べて単位面積当たりの発電量が1.2倍増加した。
B:比較例1より単位面積当たりの発電量が増加したが、1.2倍未満であった。ただし、B評価のもののうち、発電量の増加が少ないもの(1.1倍未満)はB-とした。
ポリビニルブチラール樹脂(PVB):アセタール化度69モル%、水酸基量30モル%、重合度1700
エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂(EVA):酢酸ビニル含量32質量%
熱可塑性エラストマー:三井化学社製「アブソートマーEP-1001」、脂肪族ポリオレフィン
ポリウレタン樹脂:BASF社製、エラストランC60D
波長変換材料(1):ユーロピウム錯体、粒子状、平均粒径::50μm
波長変換材料(2):スズ酸バリウム(BaSnO3)、粒子状、平均粒径:50μm
可塑剤:トリエチレングリコールジ-2-エチルヘキサノエート(3GO)
酸化防止剤:2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)
表1に示すように、第1及び第2の基板として、2枚のクリアガラス(厚さ2.5mm、縦300mm、横300mm、可視光線透過率:90%、屈折率:1.52)を用意した。
また、ポリビニルブチラール樹脂(PVB)100質量部に対して、波長変換材料(1)0.05質量部、可塑剤40質量部、酸化防止剤0.2質量部を混合して、混合物を二軸異方押出機により押出成形して、厚さ0.8mmのシート状部材を得た。シート状部材は、温度80℃でエージングした後、縦300mm、横300mmに切断した。
次に、シート状構造体の側面の一部に、スパッタリングにより厚さ100nmのMgF2からなる反射防止膜(屈折率1.38)を形成して、発光構造体を得た。
エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂(EVA)100質量部に対して、波長変換材料(1)0.05質量部、酸化防止剤0.2質量部を混合して、混合物を二軸異方押出機により押出成形して、厚さ0.8mmのシート状部材(発光層)を得た点を除いて、実施例1と同様に実施した。発光層の屈折率は1.49であった。
熱可塑性エラストマー100質量部に対して、波長変換材料(1)0.05質量部、酸化防止剤0.2質量部を混合して、混合物を二軸異方押出機により押出成形して、厚さ0.8mmのシート状部材(発光層)を得た点を除いて、実施例1と同様に実施した。発光層の屈折率は1.49であった。
波長変換材料(1)0.05質量部に代えて、波長変換材料(2)0.2質量部を使用した点、光反射防止材としてデクセリアルズ社AR1.5-M1210(クリアタイプ)を使用した点を除いて実施例1と同様に実施した。発光層の屈折率は1.47であった。
第1及び第2の基板として厚さ2.5mm、屈折率1.59、可視光線透過率90%のポリカーボネートからなる透明樹脂板(ガラス転移温度150℃)を用意した。また、ポリウレタン樹脂100質量部に対して、波長変換材料(1)0.05質量部、酸化防止剤0.2質量部を混合して、混合物を二軸異方押出機により押出成形して、厚さ0.8mmのシート状部材を得た。発光層の屈折率は1.47であった。その後、実施例1と同様にして、発光構造体を得た。
表2に示すように、第1及び第2の基板として、2枚のクリアガラス(厚さ2.5mm、縦300mm、横300mm、可視光線透過率:86%)を用意し、第2の基板(クリアガラス)の一方の表面にスパッタリングにより、ユーロピウム錯体からなる皮膜(厚さ10nm、シート状部材)を形成した。第2の基板の皮膜が形成された面が、10mmの間隔(空気層)をおいて第1の基板に対向するように、第1及び第2の基板をフレームに固定して、図2に示す第1の基板/空気層/シート状部材(ユーロピウム錯体からなる皮膜)/第2の基板の構造を有するシート状構造体を得た。
第1及び第2の基板として、2枚のクリアガラス(厚さ2.5mm、縦300mm、横300mm、可視光線透過率:90%、屈折率:1.52)を用意した。
また、ポリビニルブチラール樹脂(PVB)100質量部に対して、波長変換材料(1)0.05質量部、可塑剤40質量部、酸化防止剤0.2質量部を混合して、混合物を二軸異方押出機により押出成形し、その後MD方向に1.1倍に延伸して厚さ0.72mmのシート状部材を得た。シート状部材は、縦300mm、横300mmに切断した。
発光層は、TD方向における両端面が、シート状構造体の側面において膨らんでおり、凸部(高さ20000nm)が形成されていた。その凸部が形成された側面に、スパッタリングにより厚さ100nmのMgF2からなる反射防止膜(屈折率1.38)を形成し、図4に示す発光層と光反射防止材の構造を有する発光構造体を得た。
シート状構造体の側面の一部に、MgF2からなる反射防止膜を設ける代わりに、モスアイ構造を有するフィルム(商品名「モスマイト」、三菱ケミカル社製)を圧着することで光反射防止材を形成した点を除いて実施例1と同様に実施した。
波長変換材料(1)0.05質量部に代えて、波長変換材料(2)0.2質量部を使用し、かつ、ピッチが異なるモスアイ構造を有するフィルムを使用した点を除いて実施例8と同様に実施した。発光層の屈折率は1.47であった。
シート状構造体の側面の一部に、MgF2からなる反射防止膜を設ける代わりに、スパッタリングにより厚さ100nmのSiO2からなる反射防止膜(屈折率1.46)を形成した点を除いて実施例1と同様に実施した。
シート状構造体に、反射防止膜を形成しなかった点を除いて実施例1と同様に実施した。
10B 皮膜(シート状部材)
10C 凹部
10D 凸部
11、12 基板(第1及び第2の基板)
11A 一方の面
11B 他方の面
13 空気層
14 光反射防止材
14C 凸部
14D 凹部
14B 外側面
15 発光構造体
17 光電用セル
20 シート状構造体
20A 側面
Claims (12)
- 励起光を吸収して波長変換させて発光するとともに、その最大発光波長が400nm以上であるシート状構造体と、
前記シート状構造体の側面に設けられる光反射防止材と
を備え、
前記シート状構造体が、樹脂と、前記樹脂中に分散された波長変換材料とを備える発光層を有し、シート状構造体の前記側面において、前記発光層が内側に窪んで凹部が形成され、或いは、前記発光層が外側に膨らんで凸部が形成される発光構造体。 - 前記シート状構造体が、2以上の層を有するとともに、少なくとも1層が無機ガラス板、及び樹脂板のいずれかから選択される基板であり、前記基板が発光し、又は基板以外の層が発光する、請求項1に記載の発光構造体。
- 前記シート状構造体が、
無機ガラス及び樹脂板のいずれかである基板と、
前記基板の少なくとも一方の面側に設けられ、励起光を吸収して波長変換させて発光するとともに、その最大発光波長が400nm以上であるシート状部材と、
を備え、
前記シート状部材が前記発光層である、請求項1又は2に記載の発光構造体。 - 前記シート状構造体の前記側面において、前記発光層が内側に窪んで凹部が形成される、請求項1~3のいずれか1項に記載の発光構造体。
- 前記シート状構造体の前記側面において、前記発光層が外側に膨らんで凸部が形成される、請求項1~3のいずれか1項に記載の発光構造体。
- 前記シート状構造体が、2枚の基板を備え、前記発光層が2枚の基板の間に配置される請求項1~5のいずれか1項に記載の発光構造体。
- 前記光反射防止材の可視光線透過率が70%以上である請求項1~6のいずれか1項に記載の発光構造体。
- 前記シート状構造体の最大発光波長が780~1300nmである請求項1~7のいずれか1項に記載の発光構造体。
- 前記シート状構造体の最大励起波長が400nm以下である請求項1~8のいずれか1項に記載の発光構造体。
- 前記光反射防止材が、モスアイ構造を有する請求項1~9のいずれか1項に記載の発光構造体。
- 前記シート状構造体が、無機ガラス板、及び樹脂板のいずれかから選択される基板を備え、
前記光反射防止材が、屈折率が前記基板の屈折率よりも低い反射防止膜である請求項1~10のいずれか1項に記載の発光構造体。 - 請求項1~11のいずれか1項に記載の発光構造体と、
前記発光構造体の前記側面において前記光反射防止材の外側に設けられた発電用セルと、
を備える太陽電池システム。
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