JPS61123692A - ソ−ラ−コンセントレ−タ−プレ−ト及びルミネツセントソ−ラ−コレクタ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ソーラー　コンセントレージョンプレートに
関し、より詳しくは、高効率及び安定性を有するソーラ
ー　コンセントレージョン　プレート及びこの様なプレ
ートを備えたルミネッセント　ソーラー　コンセントレ
ータ−に関する。

公知の如く、動力源としてのソーラー　エネルギーの使
用は、他の動力発生方法とはコストの点でいまだ対抗し
得るにいたってはいない。これは、ソーラー　セル及び
追尾式ソーラー　エネルギーコンセントレータ−のコス
トが高い為である。

近年、セル面積を減少させることによりコスト低減を図
るために、ルミネッセント　ソーラー　コンセントレー
タ−の概念に基いて種々の研究が行なわれている。これ
は、別々の受光面からなる大面積部分から太陽光を吸収
し、光電池を備えた小面積部分に放射されるルミネッセ
ントを集光又は濃縮（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ　）する
ものである。ルミネッセント　ソーラー　コンセントレ
ータ−（以下ＬＳＣとする）は、エミッション　バンド
がアブソープション　バンドとほとんど又は全くオーバ
ーラツプしない蛍光種（ｒ＋ｕｏｒｅｓｃｅｎｔ　５ｐ
ｅｃｉｅｓ　）を含む均一な媒体コレクター（ｍｅｄｉ
ｕｍ　ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）に対する太陽放耐先の入射
に基くものである。このエミッションは、内部全反射に
より捕捉され、通常は、薄板である幾何学的形状により
コレクターのエツジ部分でコンセントレートされる。か
くして、プレートに捕捉された光のコンセントレージョ
ンは、エツジ部に対する表面積の割合に比例する。従来
のソーラー　コンセントレータ−に対するＬＳＣの利点
は、以下に示す通りである：ａ）直射及び散乱太陽光の
高い集光効率；ｂ）空気と接触するコレクター　プレー
トの大面積からの熱放射が良好なので、高温によりその
効率が阻害されるシリコン　セル等のコンバーター装置
にも、実質的にコールド　ライトを使用し得る。

Ｃ）太陽の追尾は必要でない： ｄ）蛍光種の選択により、光電池の最高感度に対し集光
又は濃縮された光のスペクトラムを最適状態でマツチン
グさせることができるので、光電池内での好ましからざ
る副反応を最小限とすることができる。

これまでに、２種の均質媒体が、蛍光種用の基材として
提案されている。先ず、ガラスについては、〔例えば、
米国特許第４．３６７．３６７号に対応するイスラエル
特許第５６，７４２号及び米国特許第２．０２８．８５
９号ＳＲ，ライスフエルト及びＳ、ニューマン著、「ウ
ラニルでドープされたガラスを使用するプラナ−ソーラ
ーエナジー　コンバーター」、ネイチャー２７４（１９
７８）、１４４：Ｒ，ライスフェルト及び下、カリスキ
ー著、「ウラニルネオジウム及びホルミウムガラスを使
用する改良、されたプラナ−ソーラー　コンバーター」
、ネイチャー２８３（１９８０）、２８１　：Ｒ，ライ
スフェルト及びＣ，に、ジョーゲンセン著、「エナジー
　コンバージョン用のルミネッセントソーラーコンセン
トレータ−」、ストラフチャー　アンド　ボンディング
旦（１９８２）１　：Ａ、キシレフ及びＲ。

ライスフェルト著、「Ｌｉ及びＢｅモディファイア−を
含むリン酸及びシリケートガラスにおけるＯｒ　（Ｉｎ
＞のスペクトラム特性及びフルオレッセンス量子効率」
、ソーラーエナジー（１９８４）；Ｒ，ライスフェルト
、Ｅ、グリーンバーブ、Ａ。

キシレフ及びＹ、カリスキー著、「光変換システム用の
ソーラーエナジーの収得及び変換」、第３回国際フォト
ケミカルコンバージョン　アンドストレージ　オブ　ソ
ーラー　エナジー会議、コロラド、１９８０年８月；Ｊ
、Ｓ、コノリー編、「フォトケミカル　コンバージョン
　アンド　ストレージ　オブ　ソーラー　エナジー」、
アカデミツクプレス（１９８１）　３６４　：Ａ、カシ
レフ、Ｒ，ライスフェルト及びＨ，ツエホバル著、「フ
ルオレッセンス　コンセントレータ−用のマンガン及び
クロムでドープされたリン酸及びシリケートガラス」、
第４回国際フォトケミカル　コンバージョン　アンド　
ストレージ　オブ　ソーラーエナジー会議、エルサレム
、１９８２年８月、［ブック　オブ　アブストラクツ、
ｐ、２９９Ｊ　）がある。又、蛍光種が、基材本体に含
有されている有機プラスチック材料については、（Ｊ、
Ｓ。

バチエルダー、Ａ、Ｈ，ツエパイル及びＴ、コール著、
７プライド　オプテイクス、１旦（１９７９＞、３０９
０；Ａ、ゲツツベルガー及びＶ、ウィットワー著、ソー
ラーセルズ、庄（１９８１）３：Ｊ、Ｍ、ドレーク、Ｍ
、Ｌ、レジ−キー、Ｊ、サンレグレ及びＷ、Ｒ，Ｌ、　
　トーマス著、アプライド　オブテイクス、２１（１９
８２）２９４５）がある。゛ 最近発行された報文は、ガラス上に染料の薄層を形成さ
せた光濃縮方法を提案している〔例えば、Ｐ、Ｓ、フリ
ートマン、オプティカルエンジニアＩＪング、２Ω（１
９８１）８８７；Ｃ，Ｆ、　ラップ及びＮ、Ｌ、ボリン
グ、プロシーデユア　オブ１３ｔｈ　　ＩＥＥＥ　　フ
ォトボルタイツクススペシャリスツ；Ｒ，ライスフェル
ト及びＣ，Ｋ。

ジャクソン、ストラクチャーズ　アンド　ボンディング
　４９　（１９８２）　ｐ、３２）。

この様な構造においては、ポリメチルメタクリレート（
ＰＭＭＡ）又は類似の透明ポリマー中に分散された蛍光
塗料は、ガラスと光学的に接触させられる。染料から発
せられる蛍光は、複合体に捕えられ、エツジ部から濃縮
された形態で放出される。複合構造における捕捉が効率
良く行なわれるためには、フィルムの屈折率は、基材の
屈折率と同等又は若干低くなければならない。

更に、掻く最近になって、ポーラスな蛍光材料がＬＳＣ
用として提案されている（Ｒ，ライスフェルト、Ｎ、マ
ナー及びＣ，アブニール、ソーラー　エナジー　マテリ
アル、旦（１９８３）３９９）。

近年、多くの報告及び特許文献が、ソーラーコンセント
レータ−について記述している（Ｗ。

Ｈ，ウェーバ−及びジョン　ラム、アプライぜオプテイ
クス、Ｖｏ１１５、ＮＯ，１０，Ｉ）Ｉ）２２９９〜２
２３０．１９７６年１０月；Ａ、ゲツツベルガー及びＷ
、グルーベル、アプライド　フィツクス、１４，１２３
−１３９　（１９７７）：米国特許第４，１１０，１２
３号、４，１４０，５４４号、４，１４４，０９７号、
４，１５９，２１２号、４，１７３，４９５＠、’４，
１８８，２３８号及び４，３６７．３６７号〕。

公知の如く、ＬＳＣの機能は、幾何学的ファクターとコ
レクターの光学的変換効率との積である有効濃縮率（ｅ
ｒｒｅｃｔｒｖｅ　Ｃ０ｎＣｅ（１ｔｒａｔｉＯｎ　ｒ
ａ目０）により表わされる。幾何学的ファクターは、プ
レートエツジ部の面積Ａｅに対する表面積Ａｓの比であ
る。コレクタープレートの光学的変換効率η。Ｄｔは、
コレクタープレートに入射する光に対する全エツジ部か
ら発せられる光の割合として定義される。

７７　　−Ｐｏｕｔ　／Ｐｉｎ　　　　（１）ｐｔ （ｐｉｎは、コレクターに入射する全ソーラーパワー（
ワット）であり、ｐｏｕｔは、前記エツジ部から発生す
るパワー（ワット）である。）光学的変換プレート効率
（Ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｐｌａｔｅ　
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　）は、以下の因子に依存する：
１、吸収された光のフラクションηａｂｓ　”２、蛍光
種の量子効率η１　； ３、吸収されたフォトンの平均エネルギーに対する放射
されたフォトンの平均エネルギーの比であるストークス
効率 ηｓ　＝’ｅｍｉｓ”ａｂｓ　” ４、コレクターに捕えられた光のフラクション”ηｔ　
； ５、マトリックス吸収及び拡散による伝送ロスを考慮し
た伝送効率（ｔｒａｎｓＤＯｒｔ　　ｅｆｆｉｃｉｅｎ
ｃｙ）ηｔｒ” ６、着色剤の自己吸収にによる奇生１　ｏｓｓ（ｐａｒ
ａｓｉｔｉｃ　１ｏｓｓ）を考慮した寄生的効果（ｐａ
ｒａｓｉｔｉｃ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ＞　”ｓｅｌ上
記の因子４及び５は、コレクターの本体材料に依存する
。因子１．２．３及び６は、蛍光種の性質、例えば、吸
収についての遷移確率、スペクトラムバンドの幅、ドナ
ー分子からアクセプター分子へのエネルギー伝達効率、
及び蛍光種の非放射性伝達確率に依存する。

本発明に関連して、最初の４つのパラメーターが、蛍光
イオンでドープされた無機ガラス、及びガラスとプラス
チック上に析出した染料薄膜について、研究され、測定
された。

反射を含む光学的効率は、下式で与えられる：ηｏｐｔ
−（１−Ｒ）ηａｂｓη１ηＳηｔηｔ「η５ｅｌ（Ｚ
）〔η（−１−ｑ　（ｎは屈折率）、ηｓｅｌは染料に
よるルミネッセント光の吸収によるロスを含み、η【ｒ
はガラスの欠陥による散乱ロスであり、Ｒはフレネル反
射係数（約４％）である〕。

電流利得Ｇｉは、光電池とＬＳＣを太陽光に垂直におい
た場合に、光電池（ＰＶセルとする）からＬＳＧのエツ
ジ部に伝えられる電流を同一のＰＶセルから得られる電
流で割ったものである。

電流は、エネルギーアウトプットに比例するので、電流
利得は、コレクターの経済的評価において重要である。

これ等の研究において、特に吸収及び放射が同一イオン
中での異なる電子レベルから生ずる場合、又は吸収及び
放射が、エネルギーを相互間で伝達する異なる種から生
ずる場合に、無機材料中での自己吸収が低いことが見出
された。吸収スペクトルと放射スペクトルとがオーバー
ラツプする有機染料においては、染料がプラスチック又
は液体溶剤中に均一に分散されている場合には、この減
少は、かなり顕著になろう。これは、均−媒体中に含ま
れる有機染料を使用するコレクターの光学的プレート効
率を著しく減少させる。自己吸収は、放射されたルミネ
ッセンスが光学的に透明な媒体中を移動する薄膜形状に
おいては、減少する。自己吸収は、アクセプター分子か
らドナー分子へのエネルギー伝達を利用して、吸収及び
放出バンドを分離することによっても、成る程度減少さ
せることができる。

上述の報文及び特許文献からも明らかな様に、ＬＳＧに
おいては、主としてレーザー染料（１ａｓｅｒ　ｄｙｅ
ｓ）が、蛍光分子として使用されて来た。これ等の分子
は、通常良好な履子効率を有しているものの、安定性に
欠けるのが、欠点である。

ＬＳＣ用染料の光安定性は、ＬＳＧの長期使用性にとっ
て極めて重要なので、本発明の主な目的は、公知技術に
比して安定的に極めて優れたソーラー　コンセントレー
タ−プレート及びこれを使用するＬＳＧを提供すること
にある。

公知文献において好ましいものとされているクマリン１
５３　（Ｃｏｕｍａｒｉｎ　１５３、商標名）、クマリ
ン３１１　（Ｃｏｕｍａｒｉｎ　３１　Ｌ商標名）、ロ
ーダミン５　Ｑ　（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ６　Ｇ　、商標
名）及びスルファローダミンＢ　（Ｓｕｌｆａｒｈｏｄ
ａｍｉｎｅ　３．商標名）の如き染料は、実際のところ
太陽光の下で２〜３日程度で退色するので、ソーラー　
コンセントレータ−プレート及びＬＳＧ用として使用す
るに必要な光安定性を有していないことが判明した。

同様に、市販の数百種にも及ぶ染料も、やはり光安定性
に欠けていることが見出された。

従って、オランダのチバ　ガイギー　テン　ホルン　ピ
クメント　へミー　エヌ　ヴイの製造に係るホルン　ラ
ドクロ　フルオレセント　ピグメントＧＦオレンジレッ
ド（ＧＦ　　０ｒａｎａｅ　　Ｒｅｄ。

商標名）及びＧＦクリア（ＧＦ　　Ｃ１ｅａｒ、商標名
）：米国オハイオ　テントンのエフサイトン　ケミカル
　カンパニ　インコーホレイテッドの製造に係るフルオ
ロル５５５　（Ｆｌｕｏｒｏ１５５５、商標名＞、ＬＤ
Ｓ７３０　（ＬＤＳ７３０、商標名）及びＬＤＳ７５０
　（ＬＤＳ７５０、商標名）：コダック社製のレーザー
グレード　オキサジン−４−パークロし〜ト：ＢＡＳＦ
２４１、ＢＡＳＦ３３９及び３−フェニル　フルオラン
テンが、長年にわたって求められておりながら今だ得ら
れていなかった光安定性とコンセントレータ−プレート
　効率とを併せ有していることは、全く予想外のことで
あった。

かくして、オレンジレッド、クリア、フルオロル及びオ
キサジン−４−パ−クロレートにより被覆されたプレー
トが、ガラスを通過する直接及び間接太陽光に２年間以
上ざらされているが、吸収及び放射時”性に著しい変化
は生じていない。又、本発明で使用する他の染料も、前
述の公知の染料と比較した場合、より優れた光安定特性
を備えていることが確認された。

更に又、薄膜の形態中の染料の光安定性は、染料がセリ
ウム（ＤＩ＞によりドープされた無機ガラスの薄膜で覆
われているか、又は有機染料がガラス形成用混合物に加
えられ、次いでＰＭＭＡ基板上に薄膜として形成される
場合に、著しく改善されることも、見出された。

即ち、本発明によれば、オレンジレッド、フルオロル５
５５、オキサジノ−４−パ−クロレート、ＬＤＳ７３０
、ＬＤＳ７５０、ＢＡＳＦ２４１及びＢＡＳＦ３３９か
らなる群から選ばれた少なくとも１種の染料、クリア又
は３−フェニル−フルオランテンによりドープされたソ
ーラー　コンセントレータ−プレートが得られる。

本発明は、商標名は異なっていても、後記第π表に示さ
れたデータにより特定され得る上記と同一の染料（又は
顔料）の全てをも包含する。

本発明は、高い効率で太陽エネルギーを電気エネルギー
に変換する為のルミネッセント　ソーラー　コレクター
をも提供する：該コレクターにおいては、光電池がより
高い効率を発揮するより長波長のフルオレセント光にソ
ーラー　エナジーを変換する；該コレクターは、本発明
によるソーラー　コンセントレータ−プレートを備えて
おり、該プレートはその側方エツジ部分の少な（とも１
つに光電池を備えており、該光電池は夫々のフルオレセ
ント放射のスペクトラム領域において高い効率を示す。

本発明の好ましい態様においては、染料又は２以上の染
料の組合せは、ソーラー　コンセントレータ−プレート
を覆う薄膜状ガラス中、又はプラスチック材料中に分散
されている。しかしながら、プラスチック製又はガラス
製のプレート中に染料が含まれている場合も、本発明に
包含される。

染料フィルムは、セリウム（ＩＩＩ）を含み又は含まな
いガラスフィルムにより被覆される。ダイフィルムは、
プレート上に重合される。

より好ましいのは、上記プレートが以下の染料によりド
ープされているものである； ａ）ＢＡＳＦ２４１＋ＢＡＳＦ３３９＋りＩ、Ｊ　７ｂ
）ＢＳＦ２４１＋ＢＡＳＦ３３９ Ｃ）ＢＡＳＦ３３９＋クリア ｄ）オレンジレッド及びクリアの組合せｅ）オレンジレ
ッド及びフルオロルの組合せｆ〉オレンジレッド及びオ
キサジン−４−パ−クロレートの組合せ ｇ）オレンジレッドとＬＤＳ７３０の組合せｈ）オレン
ジレッドとＬＤＳ７５０の組合せｉ）オレンジレッド、
フルオロル又はＬＤＳ７３０の単独。

以下に、図面及び実施例を参照しつつ本発明を更に一層
詳細に説明する。

本発明は、以下の実施例にのみ限定されるものではなく
、本発明の技術思想に合致する全ての態様を包含するこ
とは、言うまでもない。

先ず、染料を試薬級のりｏＯホルム又はコ、２−ジクロ
ロエタンに溶解した。ガラス又はプラスチックの基板を
被覆するために、ＰＭＭＡ　（マセソン、コールマン＆
ベル社製）のジクロロエタン溶液を調整した。ガラス基
板を使用して繰返し実験を行なって、最適ＰＭＭＡＩｉ
度１００ｇ／Ｑを決定した。各染料をこのストック溶液
に溶解させた。

ガラス製の顕微鏡スライド（２５ｍｍｘ７５ｍｍｘ１１
Ｉ１ｍ）及びＰＭＭＡプレート（１０ｃｍｘ　１０ｃｍ
ｘＯ，３Ｃｍ）を基板として使用した。これ等を４２±
２℃に加熱し、次いで同温度の染料溶液に浸漬し、３時
間乾燥した。操作に際しては、不純物を介在させない様
に注意した。

着色したスライドを下記物質を含む溶液に浸漬した： ０１０１１１１２テトラメチロールチオシリケート（テ
トラメトキシシラン） ０１Ｑｍ１２ホウ酸（１００ｍＧアルコール中５．５Ｃ
Ｉ）０アルミニウムエトキサイドのジクロロエタン溶液
５ＴＩＩＱ Ｏカリウムエトキサイドのジクロロエタン溶液５鵬 ０塩化セリウムの１％エタノール溶液１１１１ｉ２０５
１１１Ｑメチルアミン（ＣＨ３ＮＨ２の３３％エタノー
ル溶液） ｏ’ｌ、３ｍ１２ポリエチレン　グリコール−４００−
モノオレート（乳化剤） Ｏシクロ５０エタンを加え、全量を１００ｍＱとする。

上記溶液及び雰囲気温度を４０℃とした。浸漬後、テト
ラメトキシシランのｌｌｉを着色スライドをおおうガラ
スフィルム上に重合移行せしめた。

類似の被覆手法は、Ｈ，デイスリヒ、ジャーナル　オブ
　ノンクリスタライン　ソリツズ　ユニ（１９８３）３
７１及びＨ，デイスリヒ及びＥ。

フスマン、シン　ソリッド　フィルムス　７７（１９８
１）１２９に記載されている。

出来るだけ均一なフィルムを形成させる為に、基板にコ
ーティングを行なう装置を作成した：該装置は、ＰＭＭ
Ａ−染料溶液を保持するガラス容器、モーターで駆動さ
れるスピンドル及び該スピンドル回りに巻き付は及び巻
き戻し可能なワイヤーからなっている。該ワイヤーは、
ガラス容器上方に位置するプーリーを周回して、浸漬す
べきプレートの１つのエツジ部に設けられた孔にインサ
ートされている。かくして、浸漬時間は、プレートの浸
漬及び引上げを行なうモーターの速度によって均一にコ
ントロールされる。

所定の染料の最適濃度は下記の通りであった：クリア（
チバ　ガイギー　テン　ホルン　製繊雑用染料＞　　　
　　　　　　　　２００ｇ／Ｑオレンジ　レッド（チバ
　ガイギー　テン　ホルン　製繊雑用染料）　　　　　
　２０Ｑ／Ｑフルオロル５５５（エフサイトン社製レー
ザー級染料）　　　　　　　　　　０．６５０／ＱＬＤ
Ｓ　（エフサイトン社製レーザー級染料）０．２０／Ｑ ＬＤＳ　（エフサイトン社製レーザー級染料）０．２０
／Ｑ ＢＳＦ２４１　　　　　　　　　５．ＯＱ／ＱＢＡＳＦ
３３９　　　　　　　　２．ＯＱ／Ｑ３−フェニル　フ
ルオランテン　５．Ｏａ／Ｑ吸収スペクトルは、同様の
基板ガラスを標準として使用するケアリー１４　（Ｃａ
ｒｙ　−１４）型スペクトルフォトメーターにより測定
した。発光及び励起スペクトラムは、室温において、５
００ワツトキセノン直流電源、２個のボツーシ゛ユ　ア
ンドロム　モノクロメータ（Ｂ　ａｕｓｃｈ＆　　ｌ−
ｏｍｂｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｒｓ）　、及びビブロ
ン増幅器（Ｖ　１ｂｒｏｎ　ａＩＤａｌ　１ｆｉｅｒ　
）を介してキツス　アンドゾネン　ストリップ、チャー
ト　レコーダー（Ｋ　ｉｐｐ　ａｎｄ　Ｚｏｎｅｎ　５
ｔｒｉｐ　ｃｈａｒｔ　ｒｅｃｏｒｄｅｒ　）に接続さ
れたＥＭＩ９５５Ｂフォトマルチプライアーを使用する
スペクトロフルオリメーターにより測定された。サンプ
ル励起（ｓａｍｐｒｅ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　＞は、
プレート面を経て得られ、ここに提示するスペクトラム
は、励起領域から約’ｌＱｍｍ離れたプレートエツジか
ら得られた。

吸収ソーラー光のフラクション（ηａｂｓ　）は、ブロ
ード　バンド　ラジオメータ（オフイールオプテイクス
社製）により測定した。各サンプルの測定トランスミッ
ション値は、標準ガラスの測定トランスミッション値で
除した。かくして、結果は、表面反射ロス分を補正した
ものである。実験誤差は、□±５％以内である。

染料レーザー（ｄｙｅ　１ａｓｅｒ　＞の屈折率は、ブ
リユズター角度法（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ　ａｎｇｌｅ　ｍ
ｅｔｈｏｄ）により、ナトリウムＤ線（ｓｏｄｉｕｍ　
　Ｄ−１ｉｎｅ）で測定した。

実施例１〜３ 第工表は、測定された屈折率、及びオレンジレッド、ク
リア及びオレンジレッドとクリアの粗合せにより捕捉さ
れた光のフラクション（計算値）を示す。

第　　　工　　　表 注二ＯＲ−オレンジレッド、ＣＱ−クリア実施例４ 太陽吸収を増加させるべく、２以上の染料で被覆された
ＬＳＣプレートを多層皮１［Ｌｓｃとして製造した。染
料の被覆順序は、最短の４波長を吸収する染料に続いて
次に短い波長を吸収する染料を被覆し、最外層が最長の
波長を吸取−する染料を含むような順序１、例えばクリ
アーフルオロルーオレンジ　レッドの順次である。最後
に１、上記プレートを、０．１％０．６３＋を含有する
ガラス薄膜で被覆し、次の順序の層を有するプレートを
得た。

ガラス＋Ｃｅ３＋、オレンジレッド、フルオロル５５５
、クリア、無ドープ基体、クリア、フルオロル５５５、
オレンジレッド、ガラス十０６３＋ 実施例５ ポリマープレート又はガラスプレートの１つの面にＢＡ
ＳＦ２４１を被覆し、この上にＢＡＳ　Ｆ３３９を含有
する他の層を付着させた。これを最後に、Ｃｅ３＋を含
有するテトラメトキシシランを付着させることにより、
Ｃｅａ÷を含有するガラスで被覆した。他の面は、クリ
アを付着させ、Ｃｅａ÷含有ガラス層で被覆した。

量子効果（ｑｕａｎｔｕｍ　ｅｆｆｉｃｅｉｎｃｙ）を
、標準物質法（Ｉｓｒａｅｌ　　Ｊ、Ｃｈｅ＋＋＋、７
（１９６９）６１３、アール・ライスフェルト（Ｒ。

Ｒｉｅｓｆｉｌｄ　）　、　Ｊ、　Ｒｅｓ、　Ｎａｔ、
　Ｂｕｒ。

３ｔａｎｄａｒｄｓ、７６Ａ　（１９７２）６１３に記
載されている）との比較により、計算した。

次の方程式を用いた。

〔式中、ηＵ及びηＳは、夫々、未知物質と標準物質の
量子収量を示し、ηＵ及びηＳは屈折率を示し、Ａは励
起波長における吸光度を示し、Ｆはエミッションスペク
トル（ｅｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｖａ　）の下で
の積分面積（；ｎｔｅｇｒａｔｅｄａｒｅａ　）であり
、ＩλＥＸは、励起波長における光の相対放射照度　（
ｒｅｌａｔｉｖｅ　１ｒｒａｄｉａｎｃｅ　＞である。

〕 ４５３ｎｍで励起したジャーマネイト （ｇｅｒｍａｎａｔｅ　）ガラス中のＥｕ　（Ｉ）を、
標準として用いた。４５８ｎｍ励起でのＥｕ　（ＩＩＩ
）の量子収量は、０．７５（１２）と同等である。

ｇｅｒｍａｎａｔｅガラスの屈折率はｎｏ−１，６４と
した。（リン酸及びケイ酸ガラスの屈折率は１．５１で
ある。） ＬＳＣ評価のため、上記試料をこの目的のために製造さ
れた装置上に置いた。該装置は、太陽に対し該ガラスと
参照セルとのアラインメントを可能とするものである。

２０ｍｍｘ４ｍ＋ａの反射防止コーティングを施した０
ＣＬＩ光電池に開口を設けて１＋ｎ＋ｎ細片を露出させ
た。上記の代わりに、ＲＣＡのジー・ニー・シュワルツ
（Ｇ、Ａ。

Ｓｗａｒｔｚ　）博士より提供されたシリコンアモルフ
ァス電池を用いた。１つの電池を上記ガラス面とその面
を平行に配置し、参照電池として用いた。

他の同一の電池を、屈折率を整合すべくパラフィンオイ
ルを用いてガラスのエツジと光学的接触させた。短絡電
流をティパー・エレクトロニクス（Ｔａｂｏｒ　　Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）社のデジタル・マルチメーター６
０８８で測定した。測定電池を直射日光から遮り、資料
を用いない場合の電池電流が参照電流の４％以下となる
ように注意した。

添附図面は、ガラス上の染料の吸収スペクトルを示すも
のである。

第１図は、オキサジン−４単独、濃度２Ｘ１０″″４モ
ル／Ｑ；オレンジレッド単独、濃度２００ｍ／Ｑ；及ヒ
オレンジレッド２００ｍ／Ｑ（オキサジン−４０，０１
１３ｍ／（２上に被覆）の吸収スペクトルを示す。

第２図は、クリア単独、濃度２００９ｍ／Ｑニオレンジ
レッド単独、濃度２０ＩＩＩｇ／Ｑ：及びオレンジレッ
ド２０（Ｊｍ／Ｑ（クリア２００ｇｍ／Ｑ上に被覆）の
吸収スペクトルを示す。

第３図は、オレンジレッド（５３０ｎｍでの励起）；オ
キサジン−４（６１０ｎｍでの励起）；及びクリア（３
７５ｎｍでの励起）のエミッションスペクトルを示す。

第４図は、クリア上に被覆したオレンジレッドの励起ス
ペクトル（ａ＞（６２０ｎｍでのエミッション）及びク
リア上に被覆したオレンジレッドのエミッションスペク
トル（ｂ）（５３０ｎｍでの励起）ニオキサジン−４上
に被覆したオレンジレッドの励起スペクトル（Ｃ）（６
５５ｎｍでのエミッション）及びオキサジン−４上に被
覆したオレンジレッドのエミッションスペクトル（ｄ）
（５３０ｎｍでの励起）を示す。

第５図は、ＬＤＳ７５０及びＬＤＳ７３０の吸収及びエ
ミッションスペクトルを示す。

第６図は、フルオロルにより被覆されたＰＭＭＡの吸収
及びエミッションスペクトルを示す。

第７図は、実施例１のクリア、フルオロル及びオレンジ
レッドで被覆されたＰＭＭＡの吸収スペクトルを示す。

第８図は、実施例１のクリア、フルオロル及びオレンジ
レッドで被覆されたＰＭＭＡのエミッションスペクトル
を示す。

第９図は、クリア、ＢＡＳＦ２４１及びＢＡＳＦ３３９
で被覆されたＰＭＭＡの吸収スペクトルを示す。

第１０図は、クリア、ＢＡＳＦ２４１及びＢＡＳＦ３３
９で被覆されたＰＭＭＡのエミッションスペクトルを示
す。

図中の５ａ度は、いずれも、出発溶液のもの、即ちジク
ロロエタン１Ｑ当りのＰＭＭＡ１度１００ｇｍである。

染料の最適濃度は、最大量子効率を有する濃度として選
択した。

尚、各図中の曲線に対応する感度は１０までのファクタ
ーで変化し、従って、図においてクリアが最高のエミッ
ション強度を、オキサジン−４が最低のエミッション強
度を有する。

下記の表に記載する試料プレートの光学的効率（ｏｐｔ
ｉｃａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）は、屋外及びガラス
窓の摸において、太陽及び各試料の寸法（ｄｉｍｅｎｓ
ｉｏｎ　）に対し試料と参照電池とのアラインメントを
可能とするように特に設計された調整可能なポジション
ニングテーブルを用いて測定した。単結晶シリコン光電
池を用いた。１つの電池の面を試料面に平行に配置し、
参照として用いた。他の同じ電池を、屈折率整合すべく
パラフィンオイルを用いて試料のエツジに光学的に接触
させた。短絡回路電流をティパー・エレクトロニクスの
デジタル・マルチメーター６０８Ｂを用いて測定した。

第■表は、本発明において使用される各種染料をガラス
又は重合体透明物質、例えばＰＭＭＡ上に被覆した場合
の特徴的な吸収及びエミッション最大量子効率及びトス
ークスシフトを示す。

第　　■　　表 各種被覆ガラスの吸収及びエミッショ ン最大量子効果及びストークスシフト Ｃ１〃　　　　３７５４４０　〜９０．０　３９３９Ｆ
ｌ　　　　　ｒｌ　　　　４４０　　４９５　　８８．
０　２５２５ＬＤ＆−７３０〃６２０　　７００　〜３
０．０　１８４４ＬＤＳ−７５０〃５５０　　６８５　
〜２０．０　３５８３０Ｒ＝オレンジレツド、ＣＩ＝ク
リヤーＯｘ＝オキサジン−４、Ｆｌ＝フルオロール３−
Ｐｈ、Ｆ＝３−フェニルフルオランテン第■表は、被覆
プレートのいくつかの効率のＬＳＣ性能特性７７　ｏｐ
ｔ　Ｇ　ｉ　＝　Ｉ　ｅｄ（ｌｅ／Ｉ　ｒｅｆｅｒｅｎ
ｃｅを示す。ここで、Ｇは、幾何的ファクターであり、
０．９４である。よって、η。。１＝Ｇ　ｉ　／Ｇであ
る。

木表の記号は、次の通りである。即ち、「染料記号−ガ
ラス」は、染料がガラスの１面に付着されることを示し
、「染料記号−ガラス−染料記号」はガラスの両面に染
料が付着していることを示す。

「ガラス」の左側の染料は、被覆面が太陽に晒されてい
ることを示し、左側の「ガラス」は該ガラスの面が太陽
に晒されていることを示す。

２つの染料が示されている場合、被覆順序は本文記載の
通りであって、例えば、０Ｒ−ＯＸ−ＧＩ−ＯＸ−ＯＲ
は、ガラスがその両面においてまずＯＸで、次いでＯＲ
により被覆されていることを示す。

第■表から分かるように、最初クリアで被覆したガラス
をオレンジレッドでカバーすると最高のプレート効率１
４％が得られる。これはクリアから逃げた光がオレンジ
レッドに吸収されるためである。約９０％という量子効
率（ＱｕａｎｔｕｍｅＨｉｃｉｅｎｃｙ）を有するクリ
アの強い蛍光が該オレンジレッドにとらえられる。これ
は、オレンジレッドの吸収スペクトルとクリアの発光ス
ペクトルのオーバラップの結果であるクリア及びオレン
ジレッド間の放射性又は非放射性のエネルギートランス
ファの場合である。

オレンジレッドの発光は、クリア及びオレンジレッドで
被覆されてガリウムアーセナイドセル（ｇａｌｌｉｕｍ
　ａｒｓｅｎｉｄｅ　ｃｅｌｌ　）に接続されたプレー
トニラき収率（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅ
ｎｃｙ　）　７．２％を期待することができる。これら
の波長で効率的６０％であるガリウムアーセナイドソー
ラセルの最高感度にオーバラップする。

オレンジレッド及びクリア又はオレンジレッド及びフル
オロルの組合せでＰＭＭＡプレートを被覆すると３５％
というように高い効率が得られる。

検討 最高効率は、ＢＡＳＦ２４１　、ＢＡＳＦ３３９及びク
リアの結合によって得られた。

プレートがシリコンセル又はガリウムアーセナイドセル
に接続された場合に得られる光学効率値は第１Ｖ表に示
されている。

直接光に対する最高効率０．４３は、ガリウムアーセナ
イドセルに接続されたＢＡＳＦ２４１、ＢＡＳＦ３３９
及びクリアの組合せによって得られた。

第　　　■　　　表 プレート性能特性 Ｇ１−Ｃｌ　　　　　　　　　　　　０．１７３　０．
０１８Ｇｌ−ＯＲ０，５３００，０５６ Ｇｌ−ＯＸ　　　　　　　　　　　　０．１３３　０．
０１４Ｇｌ−ＯＸ−ＯＲ０，１９９０，０２１Ｇｌ−Ｏ
Ｒ−ＯＸ　　　　　　　　　０．１７７　０．０１９Ｇ
ｌ−ＣＩ−ＯＲ０，４８００，０５１第　■　表（続き
） プレート性能特性 Ｃｌ−０Ｒ−ＧＩ　　　　　　　　０．６４２　０．０
６３　　＊Ｇ１−０Ｒ−ＣＩ　　　　　　　　０．６３
４　０．０６７ＣＩ−ＯＲ−ＧＩ　　　　　　　　０．
７３０　０．０７７　　＊＊Ｇ１−０Ｒ−ＣＩ　　　　
　　　　０．９００　０．０９６ＣＩ−ＯＲ−Ｇｌ−Ｏ
Ｒ−ＣＩ　　０．９７０　０．１０３ＯＲ−ＣＩ−Ｐ−
ＣＩ−ＯＲ１，７７０，３５４＊Ｇｉ＝電流利得＝Ｉエ
ツジ／Ｉリファランス＝Ｉｓ／１ｒｑ＝幾何学的効率＝
ガラスの表面積／エラジ面積＝９．４Ｇ＝幾何学的効率
＝ＰＭＭＡの表面積／エラジ面積−５ＧＩ＝ガラス Ｐ＝ＰＭＭＡプレート（１０ｃｍｘ１０ｃｍｘ０．５ｃ
ｍ＞＊　　シリコンセル　２０ｍｍＸ１岨 ＊＊　アモルファスシリコンセル　５ｍｍＸ３ｍｍ第１
ｖ表及び第Ｖ表は、第■表に示されたサイズのソーラー
　コンセントレイター　プレートのいくつかの計算され
た、そして実験的に得られたプレート効率の例を示して
いる。

第Ｖ１表及び第Ｖ１表はクリア及びオレンジレッド染料
の薄いフィルムにて被覆されたＰＭＭＡプレートについ
て得た結果を示している。

これらプレートについて２つの異なる実験が行なわれた
。

ａ　、　１０ｃｍｘ　１０ｃｍ、厚さ種々の被覆プレー
ト（第Ｖ１表） ｂ、厚ざ０．８６Ｃｍ、面積様々の被覆プレート（第ｖ
■表） 第　　　ｖｌ　　　　表 クリア士オレンジレッドにより覆われたＰＭＭＡ表中　
工５ａｌｌｐｌｅ：屈折率調整液を使用してＬＳＣプレ
ートに結合されたセルからの電流測定値 Ｉｒｅｆ、：太陽に向けられたセルからの電流測定値Ｇ
Ｆ：幾何係数 ＧＦ＝１２　／４１ｄ １：エッジ長さ ｄ：厚さ 第　　　Ｖｌ　　　　表 クリヤー＋オレンジレッドにより覆われたＰＭＭＡプレ
ート厚さ０．８６Ｃｍ（サイズは表のとおり）以上説明
した工程全体が繰返された。但し、顕微鏡用スライドガ
ラスに代えて、市販されている１０ｘ１０ｘ０．３　（
厚さ）ｃｍの矩形ＰＭＭＡプレート（ロームアンドハー
ス社製）を使用した。

該プレートにおいて、染料は容積全体にわたって分散し
ていた。ドープスプレート（ｄｏｐｅｓ　１）ｌａｔｅ
　）の商品名は次のとおりである。

ａ）ＧＳ７４０緑 ｂ）ＧＳ２１５１　　カルトジオ（ＣｈａｒｔｒｅｕＳ
ｅ）イエロー（黄色がかった薄縁） Ｃ）ＧＳ３２３　　オレンジ ｄ）ＧＳ５２０赤 ｅ）ＧＳ２１５２　　マゼンタ マゼンタについての結果を第■表に示す。

第Ｖ１表及び第１表から、本発明に基き市販されている
蛍光性プレートに染料を付加することにより、プレート
効率が向上した。

ここに計測され記録されたプレート効率は、予備的な実
験室でのテスト結果であり、実際上の効率を示すもので
はない。実際上の効率は、商業的生産のために、例えば
遠心作用下に制御された加熱により、薄いフィルムのコ
ーティングプロセスが最大限に活用される場合において
得られるものである。

同様に、例えば屈折率の適切な組合せの如く、ソーラー
セルとプレートエツジとの光学的に効果的なカップリン
グによっても、より優れた効率が得られる。

本発明に暴く他のプレート効率改善方法として、高い拡
散性の表面に対し公知方法によりプレートを最良位置に
配置するという方法が挙げられる。

該公知方法としては、例えばジー・ライフアンド（Ｇ、
　Ｌｉｆａｎｔｅらの「両面型ソーラーセルとしての発
光ソーラーコンセントレータ− （ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ　　３ｏ１ａｒ　　Ｃｏｎｃ
ｅｒｔｒａｔｏｒｓ　　ａｓＢｉｔａｃｉａｌ　Ｃａｐ
ｔｏｒ　５ｏｌａｒ　　Ｃｅ１ｌ　Ｊ　　（１９８３年
８，３５５−３６０＞に記載されたものがある。

シリコンセルに代えてガリウムーヒ素セルを使用するこ
とにより、効率を改善できる。

本発明に基づくパネルを備えた大きさ６０Ｘ６０Ｘ６０
ＣＩＩＩのモデルハウスが製作された。屋根を覆うパネ
ルは、４５°に傾斜し、１０Ｘ１０ＣＩＩＩの大きざを
有し、Ｃｅ　（ＩＩＩ）によりドープされたシリカガラ
ス上のＢＡＳＦ−２４１、ＢＡＳＦ−３３９及びクリア
でコーティングされている。屋根の全表面積は３６００
　　ｃｍ２である。

１０００ワツト／　Ｃｍ２の照明により、１５ワツトの
電力を発生する。この電力はモデルハウスの機器を作動
させ、蓄電池に充電されることも可能でみる。

前記実験から、１ｍ２のパネルは４０ワツトの電力を発
生すると推定される。これは、２５ｍ２のパネルで覆わ
れた屋根により、ピーク時に相当する１０００ワット／
ｍ、２の太陽光照射のちとに、１キロワツトの電力か得
られることを意味する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１０図は、本発明で使用する染料のスペク
トル特性を示す。 （ＩＸ　　上） 八〇ｍ Ｆ７ｇ、５ 人、ｒｍ Ｆ７ｇ、６゜

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）オレンジレッド、フルオロル、オキサジン−４−
   パ−クロレート、ＬＤＳ７３０、ＬＤＳ７５０、ＢＡＳ
   Ｆ２４１、ＢＡＳＦ３３９、クリア及び３−フェニル−
   フルオランテンからなる群から選ばれた少なくとも１種
   の染料によりドープされたソーラー　コンセントレータ
   ー　プレート。
2. （２）ソーラー　コンセントレーター　プレートをおお
   うプラスチック材料の薄層中に染料が分散されている特
   許請求の範囲第１項のソーラーコンセントレーター　プ
   レート。
3. （３）保護ガラス薄層によりおおわれている特許請求の
   範囲第１項のソーラー　コンセントレーター　プレート
   。
4. （４）Ｃｅ＾３＾＋イオンによりドープされた保護ガラ
   ス薄層によりおおわれた特許請求の範囲第３項のソーラ
   ー　コンセントレーター　プレート。
5. （５）染料がソーラー　コンセントレーター　プレート
   の一部を構成している特許請求の範囲第１項のソーラー
   　コンセントレーター　プレート。
6. （６）オレンジ　レッド及びクリアの組合せによりドー
   プされている特許請求の範囲第１項のソーラー　コンセ
   ントレーター　プレート。
7. （７）オレンジ　レッド及びフルオロルの組合せにより
   ドープされている特許請求の範囲第１項のソーラー　コ
   ンセントレーター　プレート。
8. （８）オレンジ　レッド及びオキサジン−４−パ−クロ
   レートの組合せによりドープされている特許請求の範囲
   第１項のソーラー　コンセントレーター　プレート。
9. （９）オレンジ　レッド及びＬＤＳ７３０の組合せによ
   りドープされている特許請求の範囲第１項のソーラー　
   コンセントレーター　プレート。
10. （１０）オレンジ　レッド及びＬＤＳ７５０の組合せに
    よりドープされている特許請求の範囲第１項のソーラー
    　コンセントレーター　プレート。
11. （１１）オレンジ　レッドによりドープされている特許
    請求の範囲第１項のソーラー　コンセントレーター　プ
    レート。
12. （１２）光電池が高い効率を発揮する長波長域のフルオ
    レッセント放射に太陽エネルギーを変換することにより
    太陽エネルギーを高い効率で電気エネルギーに変換する
    ルミネッセント　ソーラーコレクターであって、オレン
    ジ　レッド、フルオロル、オキサジン−４−パ−クロレ
    ート、ＬＤＳ７３０、ＬＤＳ７５０、ＢＡＳＦ２４１、
    ＢＡＳＦ３３９、クリア及び３−フェニル−フルオラン
    テンからなる群から選ばれた少なくとも１種の染料によ
    りドープされたソーラー　コンセントレーター　プレー
    トを備えており、該プレートは、その側方エッジ部分の
    少なくとも１つに光電池を備えており、該光電池は、各
    フルオレッセント放射のスペクトラム域において高い効
    率を有していることを特徴とするルミネッセント　ソー
    ラー　コレクター。