JPWO2013005746A1 - 太陽電池用カバー部材および太陽電池 - Google Patents

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Abstract

幅広い太陽光の入射角の範囲において太陽電池への太陽光の取り込み効率を従来に比べ向上できる太陽電池用カバー部材、および幅広い太陽光の入射角の範囲において従来に比べ発電効率を向上できる太陽電池を提供する。ガラス板50(透明面材)と回折格子シート1とを有する太陽電池用カバー部材3であって、回折格子シート1が、互いに平行な第1の主表面および第2の主表面を有する透明樹脂層10と、互いに平行にかつ所定のピッチで配置された複数の格子線22からなる回折格子20とを有し、格子線22が、透明樹脂層10とは屈折率の異なる材料の薄膜からなり、格子線22が、透明樹脂層10の第1の主表面および第2の主表面に対して長さ方向が平行に延びるように、透明樹脂層10内に埋設された、太陽電池用カバー部材3を用いる。

Description

本発明は、回折格子を有する太陽電池用カバー部材(たとえば、太陽電池用カバーガラス)および該太陽電池用カバー部材が光の入射側に設けられた太陽電池に関する。
太陽電池は、通常、光の入射面を南に向け、かつ所定の角度に傾斜させた状態にて架台や屋根に取り付けられる。また、光の入射面を略水平にした状態にて車両(自動車等)のルーフに取り付けられる場合もある。いずれの太陽電池においても、朝夕のように、入射面への太陽光の入射角が大きくなる場合には、太陽光の入射角が小さい(すなわち、太陽電池の入射面のほぼ正面に太陽が位置する)昼間に比べ、太陽光の取り込み効率が低くなることがよく知られている。
朝夕のように太陽光の入射角が大きい場合でも、太陽光をほぼ垂直方向に入射させて、太陽光の取り込み効率を向上させ、その結果、発電効率を向上できる太陽電池としては、ピッチの異なる複数の凸部からなる回折格子を太陽光の入射側に備えた太陽電池が提案されている(特許文献1参照)。
日本特開平04−188775号公報
しかし、ピッチの異なる複数の凸部からなる回折格子の場合、特定のピッチにおいて特定の入射角の太陽光のみをほぼ垂直方向に回折できるため、結局のところ、ある時刻における特定の太陽光の入射角に対応した一部の特定のピッチの凸部のみにおいて太陽光がほぼ垂直方向に回折し、他のピッチの凸部においては太陽光がほぼ垂直方向に回折しない。そのため、ピッチの異なる複数の凸部からなる回折格子では、実際のところ、太陽光の取り込み効率はほとんど向上しない。
なお、回折格子の凸部のピッチを一定にした場合は、一定のピッチに対応した特定の入射角の太陽光のみをほぼ垂直方向に回折できるため、特定の入射角の太陽光については、太陽光の取り込み効率が向上するものの、他の入射角の太陽光については、太陽光の取り込み効率はむしろ低下する。
本発明は、幅広い太陽光の入射角の範囲において太陽電池への太陽光の取り込み効率を従来に比べ向上できる太陽電池用カバー部材、および幅広い太陽光の入射角の範囲において従来に比べ発電効率を向上できる太陽電池を提供する。
本発明の太陽電池用カバー部材は、透明面材と回折格子シートとを有する太陽電池用カバー部材であって、前記回折格子シートが、互いに平行な第1の主表面および第2の主表面を有する透明樹脂層と、互いに平行にかつ所定のピッチで配置された複数の格子線からなる回折格子とを有し、前記格子線が、前記透明樹脂層とは屈折率の異なる材料の薄膜からなり、前記格子線が、前記透明樹脂層の第1の主表面および第2の主表面に対して長さ方向が平行に延びるように、前記透明樹脂層内に埋設された、回折格子シートであることを特徴とする。
前記回折格子シートは、前記第1の主表面に接する第1の透明基板をさらに有することが好ましい。
前記格子線は、前記透明樹脂層の第1の主表面および第2の主表面に対して、長さ方向が平行に延びるように、かつ前記薄膜の表面が勾配を有するように、前記透明樹脂層内に埋設されていることが好ましい。
前記格子線は、前記透明樹脂層より屈折率の大きい誘電体の薄膜からなることが好ましい。また、前記格子線を構成する誘電体の薄膜の屈折率は、前記透明樹脂層の屈折率より、0.0001〜1.8高いことが好ましい。
前記透明面材は、ガラス板であることが好ましい。
本発明の太陽電池用カバー部材は、2枚のガラス板と、その間に挟まれた回折格子シートとが、中間膜を介して貼り合わされた合わせガラスであってもよい。
本発明の太陽電池用カバー部材は、ガラス板の表面に回折格子シートが貼着されたシート貼着ガラスであってもよい。
本発明の太陽電池は、本発明の太陽電池用カバー部材が、太陽光の入射側に設けられたものであることを特徴とする。
上記した数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含む意味で使用され、特段の定めがない限り、以下本明細書において「〜」は、同様の意味をもって使用される。
本発明の太陽電池用カバー部材によれば、幅広い太陽光の入射角の範囲において太陽電池への太陽光の取り込み効率を従来に比べ向上できる。
本発明の太陽電池は、幅広い太陽光の入射角の範囲において従来に比べ発電効率を向上できる。
本発明の太陽電池用カバー部材の第1の実施形態を示す断面図である。 本発明の太陽電池用カバー部材の第2の実施形態を示す断面図である。 回折格子シートの一実施形態を示す断面図である。 図3の回折格子シートにおける透明樹脂層を示す斜視図である。 回折格子シートの他の実施形態を示す断面図である。 回折格子シートの他の実施形態を示す断面図である。 回折格子シートの他の実施形態を示す断面図である。 本発明の太陽電池用カバー部材(透明樹脂層)における光の屈折および回折の様子の一例を示す概略図である。 本発明の太陽電池の第1の実施形態を示す断面図である。 本発明の太陽電池の第2の実施形態を示す断面図である。 本発明の太陽電池の第3の実施形態を示す断面図である。 回折格子シートの製造方法における工程(a)を説明する断面図である。 回折格子シートの製造方法における工程(b)を説明する斜視図である。 回折格子シートの製造方法における工程(c)を説明する断面図である。 本発明の太陽電池における朝夕の太陽光の入射の様子を示す図である。 例2(比較例)で用いた回折格子シートを示す斜視図である。 太陽光の入射角に対する例1〜3の太陽電池の発電量を示すグラフである。
本発明における透明とは、可視光線および赤外線を透過することを意味する。
本発明における屈折率は、波長589nmにおける屈折率である。
本発明における回折格子シートの各寸法は、回折格子シートの断面の透過型電子顕微鏡(TEM)像または原子間力顕微鏡(AFM)像において、3箇所の各寸法を測定し、平均した値とする。
<太陽電池用カバー部材>
本発明の太陽電池用カバー部材は、太陽電池の光の入射側に設けられる部材(たとえば、太陽電池用カバーガラス)であって、透明面材と後述する回折格子シートとを有する。
(透明面材)
透明面材としては、ガラス板、または透明樹脂板が挙げられ、太陽光に対して透明性が高い点はもちろん、耐光性、耐候性、耐食性、耐表面傷付性、高い機械的強度を有する点からも、ガラス板が最も好ましい。以下、本明細書において、透明面材をガラス板と称して説明する場合もある。
ガラス板としては、フロート法またはダウンドロー法で得られたものであってもよく、型板ガラスであってもよい。ガラス板の材料としては、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、無アルカリガラス等が挙げられ、中でも鉄分が低く青みの小さい高透過ガラス(通称、白板ガラスとも呼ばれる。)が好ましい。安全性を高めるために、強化ガラスを用いてもよい。
透明樹脂板の材料としては、透明性の高い樹脂材料(ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等)が挙げられる。
透明面材には、他の層との界面接着力を向上させるために、表面処理を施してもよい。表面処理の方法としては、ガラス板の表面をシランカップリング剤で処理する方法等が挙げられる。
透明面材の厚さは、機械的強度、透明性の点から、ガラス板の場合は通常1〜6mmであり、透明樹脂板の場合は通常0.1〜3mmである。
(回折格子シート)
回折格子シートは、互いに平行な第1の主表面および第2の主表面を有する透明樹脂層と、互いに平行にかつ所定のピッチで配置された複数の格子線からなる回折格子とを有し、格子線が、透明樹脂層とは屈折率の異なる材料の薄膜からなり、格子線が、透明樹脂層の第1の主表面および第2の主表面に対して長さ方向が平行に延びるように、透明樹脂層内に埋設されたものである。
透明樹脂層とは屈折率の異なる材料の薄膜からなる格子線が透明樹脂層内に埋設された回折格子シートによれば、複数の凸条からなる通常の回折格子が表面に形成されたもの(たとえば、後述する例2(比較例)の回折格子シート)に比べ、幅広い太陽光の入射角の範囲において太陽電池への太陽光の取り込み効率を向上できる。
<太陽電池用カバー部材の実施形態>
太陽電池用カバー部材としては、たとえば、下記の(1)、(2)が挙げられる。
(1)2枚のガラス板と、その間に挟まれた後述する回折格子シートとが、中間膜を介して貼り合わされた合わせガラス(第1の実施形態)。
(2)ガラス板の表面に後述する回折格子シートが貼着されたシート貼着ガラス(第2の実施形態)。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の太陽電池用カバー部材の第1の実施形態を示す断面図である。太陽電池用カバー部材3は、2枚のガラス板50と、その間に挟まれた後述する回折格子シート1とが、中間膜52を介して貼り合わされた合わせガラスである。
ガラス板50としては、上述した材料からなるガラス板が挙げられる。
中間膜52としては、公知の合わせガラスに用いられる中間膜(ポリビニルブチラールフィルム等)を用いればよい。
(第2の実施形態)
図2は、本発明の太陽電池用カバー部材の第2の実施形態を示す断面図である。太陽電池用カバー部材4は、ガラス板50と、ガラス板50の表面に粘着剤層60を介して貼着された後述する回折格子シート2とを有するシート貼着ガラスである。
ガラス板50としては、第1の実施形態と同様のものを用いればよい。
粘着剤層60としては、ガラス板に各種フィルムを貼着する際に用いられる公知の粘着シート等を用いればよい。
(他の形態)
本発明の太陽電池用カバー部材は、透明面材と後述する回折格子シートとを有するものであればよく、図1、図2に示すものに限定はされない。
たとえば、回折格子を備えた回折格子シートが、透明基板を有さず(すなわち、図1のように第1の透明基板32および第2の透明基板34を有さず)、透明樹脂層10および回折格子20のみからなる回折格子シートであってもよい。
また、回折格子シートが、透明樹脂層10の表面に第1の透明基板32および第2の透明基板34のうち、いずれか一方を有する回折格子シートであってもよい。
また、後述する積層タイプの回折格子シートを有する太陽電池用カバー部材であってもよい。
また、公知の太陽電池のカバー部材(たとえば、カバーガラス)の表面に、後述する回折格子シートを貼り合わせ、本発明の太陽電池用カバー部材としてもよい。
<回折格子シートの実施形態>
以下、回折格子シートの実施形態を、図を用いて説明する。以下の図は模式図であり、実際の回折格子シートは、図示したような理論的かつ理想的形状を有するものではない。たとえば、実際の回折格子シートにおいては、格子線等の形状に多少の崩れがある。
図3は、回折格子シートの一実施形態を示す断面図であり、図4は、該回折格子シートにおける透明樹脂層を示す斜視図である。回折格子シート1は、互いに平行な第1の主表面18および第2の主表面19を有する平坦な透明樹脂層10と;透明樹脂層10内に、互いに平行に、所定のピッチPpで埋設された複数の格子線22からなる回折格子20と;透明樹脂層10の第1の主表面18に接する第1の透明基板32と;透明樹脂層10の第2の主表面19に接する第2の透明基板34とを有する。
(透明樹脂層)
透明樹脂層10は、互いに平行な第1の主表面18および第2の主表面19を有する。第1の主表面18および第2の主表面19は、互いに実質的に平行に形成されていればよく、完全に平行に形成されてなくてもよい。
透明樹脂層10は、具体的には、図3に示すような、断面形状が直角三角形である複数の凸条12が、互いに平行にかつ所定のピッチPpで表面に形成された凹凸面を有する第1の層14と;凸条12の第1の側面を被覆する格子線22と凸条12との間の溝に充填され、かつ凸条12の頂部および格子線22を完全に被覆する第2の層16とを有する積層体である。第1の層14と第1の透明基板32との界面が、透明樹脂層10の第1の主表面18であり、第2の層16と第2の透明基板34との界面が、透明樹脂層10の第2の主表面19である。
凸条12は、第1の層14の平坦部から立ち上がり、かつその立ち上がりが一方向に伸びている部分である。凸条12は第1の層14の平坦部と一体で、第1の層14の平坦部と同じ材料からなっていてもよく、第1の層14の平坦部と異なる透明樹脂からなっていてもよい。凸条12は第1の層14の平坦部と一体で、かつ第1の層14の平坦部と同じ材料からなっていることが好ましい。
複数の凸条12は、互いに実質的に平行に形成されていればよく、完全に平行に形成されてなくてもよい。また、凸条12は、直線状に伸びている形状のものが好ましいが、隣接する凸条12が接触しない範囲で曲線状または折れ線状に伸びている形状のものであってもよい。
凸条12は、その長さ方向に直交する断面の形状が長さ方向にわたってほぼ一定であり、複数の凸条12においてもそれらの断面形状はすべてほぼ一定であることが好ましい。凸条12の断面形状は、底部(すなわち、第1の層14の平坦部)から頂部に向かうにしたがって幅がしだいに狭くなる形状であってもよい。具体的な断面形状としては、たとえば、三角形、台形等が挙げられる。断面形状における角は曲線状であってもよい。また、断面形状における辺(側面)は曲線状であってもよく、階段状であってもよい。なお、凸条12の断面形状は、これら形状に限定されず、矩形等であってもよい。
凸条12の頂部は、前記断面形状の最も高い部分が長さ方向に連なった部分である。凸条12の頂部は面であってもよく、線であってもよい。たとえば、断面形状が台形の場合には頂部は面をなし、断面形状が三角形の場合には頂部は線をなす。本発明において凸条12の頂部以外の表面を凸条12の側面という。
凸条12は、第1の側面および第2の側面を有する。第1の側面および第2の側面のうち、第1の側面の少なくとも一部に格子線22が形成される。第1の側面および第2の側面のうち、少なくとも第1の側面が第1の主表面18に対して勾配を有することが好ましい。第1の側面は、勾配を有する限りは、平面であってもよく、曲面であってもよく、階段状であってもよい。第2の側面は、第1の主表面18に対して垂直であってもよく、勾配を有していてもよい。
上記説明において、凸条12の第1の側面を同凸条12の右側の面とし、この第1の側面に格子線として機能する薄膜を形成した例について説明したが、勿論図面の凸条の第1の側面を同凸条の左側の面とし、凸条の第2の側面を同凸条の右側の面として取り扱ってもよい。この場合、図1において説明した右側の側面と反対側の左側の側面に格子線として機能する薄膜が形成されることになる。以下、本明細書の説明において、同様である。
透明樹脂層10(第1の層14および第2の層16を併せて透明樹脂層10とも呼ぶ。)は、透明樹脂からなる層である。
透明樹脂としては、後述するインプリント法にて凸条12を形成できる点および格子線22を透明樹脂層10内に埋設しやすい点から、光硬化樹脂または熱可塑性樹脂が好ましく、光インプリント法にて凸条12を形成できる点ならびに耐熱性および耐久性に優れる点から、光硬化樹脂が特に好ましい。光硬化樹脂としては、生産性の点から、光ラジカル重合により光硬化し得る光硬化性組成物を光硬化して得られる光硬化樹脂が好ましい。
透明樹脂層10(第1の層14および第2の層16)の屈折率は、1.25〜1.8が好ましく、1.3〜1.7がより好ましい。透明樹脂層10の屈折率が前記範囲の間にあれば、第1の透明基板32、第2の透明基板34の材料を適宜選択することにより、透明樹脂層10と第1の透明基板32、もしくは透明樹脂層10と第2の透明基板34の間の屈折率の差を小さくしやすい。
第1の層14と第2の層16との屈折率の差(絶対値)は、0.1以下が好ましく、0.05以下がより好ましい。屈折率の差が0.05以下であれば、第1の層14と第2の層16の界面における反射、回折等による迷光やロスが抑制できる。また第1の層14と第2の層16の屈折率が同一であれば、光学設計が容易になる。
第1の層14と第2の層16との屈折率の差を小さくする点から、第1の層14の材料と第2の層16の材料は、実質的に同じ材料が好ましく、完全に同じ材料であることがより好ましい。
(格子線)
回折格子20は、互いに平行に、所定のピッチPpで埋設された複数の格子線22からなる。本明細書において、薄膜状の格子線、所定幅の線条の格子線を含め、格子線と称する。複数の格子線22は、互いに実質的に平行に形成されていればよく、完全に平行に形成されてなくてもよい。また、格子線22は、直線状が好ましいが、隣接する格子線22が接触しない範囲で曲線状または折れ線状であってもよい。また、格子線22の長さ方向の端面は、透明樹脂層10の側面から露出していても構わない。
複数の格子線22は、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対して、その長さ方向が所定間隔をもって平行に延びるように形成される。格子線22は、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対して、その長さ方向が実質的に平行に形成されていればよく、完全に平行に形成されてなくてもよい。
格子線22は、その長さ方向に直交する方向の断面の形状が長さ方向にわたってほぼ一定であり、複数の格子線22においてもそれらの断面形状はすべてほぼ一定であることが好ましい。
凸条12の表面の少なくとも一部に格子線22を形成する場合、格子線22は凸条12の長さ方向に延びる薄膜から構成される。格子線22は、凸条12の第1の側面の少なくとも一部を被覆することが好ましく、第1の側面を完全に被覆することがより好ましい。この際、格子線22は、凸条12の頂部の一部もしくは全部を被覆してもよく、または、凸条12の頂部の全部および凸条12の第2の側面の一部を被覆してもよい。また、格子線22は、隣接する2つの凸条12間の平坦部の一部を被覆していてもよい。
格子線22は、格子線22を構成する薄膜の表面が、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対して勾配を有するように形成されることが好ましい。薄膜の表面が第1の主表面18および第2の主表面19に対して勾配を有していれば、回折格子20にて回折した光を、太陽電池素子の表面に対してほぼ垂直方向に出射する等の出射方向の制御が容易になる。透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対する、格子線22を構成する薄膜の表面(格子面)の勾配の角度φは、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対する、凸条12の第1の側面の勾配の角度φと同じになる(図13参照)。薄膜の表面は、勾配を有する限りは、平面であってもよく、曲面であってもよく、階段状であってもよい。
格子線22のピッチPp、格子線22の高さHg、格子線22の厚さDg、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度φ等は、たとえば、後述する回折格子の設計方法によって適宜設定すればよい。
なお、格子線22のピッチPpは、格子線22の断面の左端(または右端)から、これに隣接する格子線22の断面の左端(または右端)までの距離であり、格子線22の厚さDgは、格子線22の長さ方向に直交する断面における、凸条12の幅方向と同じ方向の厚さの最大値であり、格子線22の高さHgは、格子線22の長さ方向に直交する断面における、凸条12の高さ方向と同じ方向の高さである(図3参照)。
格子線22は、透明樹脂層10とは屈折率の異なる材料(以下、格子線材料とも記す。)の薄膜からなる。
格子線材料としては、誘電体(無機酸化物、樹脂等)、金属等が挙げられる。無機酸化物としては、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、二酸化ジルコニウム(以下、ジルコニアと記す。)等が挙げられる。樹脂としては、光硬化樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられる。金属としては、金属単体、合金、ドーパントまたは不純物を含む金属等が挙げられる。具体的には、アルミニウム、銀、クロム、マグネシウム、アルミニウム系合金、銀系合金等が挙げられる。
格子線22は、透明樹脂層10より屈折率の大きい誘電体の薄膜からなることが好ましい。格子線22(誘電体)の屈折率を、透明樹脂層10の屈折率よりも大きくすることによって、格子線22(誘電体)の屈折率を、透明樹脂層10の屈折率よりも小さくする場合に比べて、屈折率差をより大きくし、回折効率を上げることが容易になる。また誘電体の選択肢が増える。
格子線材料としては、回折効率を向上させるためには、透明樹脂層10との屈折率差が大きい材料が好ましく、樹脂との屈折率差を大きくし、回折効率を大きくできる点から、誘電体の薄膜の材料のうち、酸化チタン、ジルコニアが好ましく、ジルコニアが特に好ましい。また、回折効率は酸化チタン、ジルコニアよりも低下するものの、可視視光線や赤外線の透過率が高く、薄膜を形成しやすく、安価な点からは、二酸化ケイ素も好ましい。
格子線22を構成する薄膜(すなわち、格子線材料)の屈折率は、透明樹脂層10の屈折率より、0.0001〜1.8高いのが好ましい。特に、格子線22を構成する誘電体の薄膜の屈折率が、上記範囲であれば、回折効率が高く、透過率の波長分散が生じにくい。
(透明基板)
回折格子シート1は、透明樹脂層10の表面に、熱可塑性樹脂等からなる透明基板(第1の透明基板32および第2の透明基板34)を有する。第1の透明基板および第2の透明基板は、例えばポリメチルメタアクリレート、メチルメタクリレートと他のアルキル(メタ)アクリレート、スチレンなどといったビニルモノマーとの共重合体などの(メタ)アクリル系樹脂;ポリカーボネート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート(CR-39)などのポリカーボネート系樹脂;(臭素化)ビスフェノールA型のジ(メタ)アクリレートの単独重合体ないし共重合体、(臭素化)ビスフェノールAモノ(メタ)アクリレートのウレタン変性モノマーの重合体及び共重合体などといった熱硬化性(メタ)アクリル系樹脂;ポリエステル特にポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートおよび不飽和ポリエステル、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、シクロオレフィンポリマー(商品名:アートン、ゼオノア)などが好ましい。また、耐熱性を考慮したアラミド系樹脂などからなるものが挙げられる。かかる第1の透明基板および第2の透明基板は、フィルム状であっても板状であってもよく、双方を含めて透明基板と称する。
透明基板と透明樹脂層10との屈折率の差(絶対値)は、0.1以下が好ましく、0.05以下がより好ましい。屈折率の差が0.1以下であれば、透明樹脂層10と透明基板の界面でおこる反射による光のロスを抑えることができる。
(他の形態)
本発明における回折格子シートは、互いに平行な第1の主表面および第2の主表面を有する透明樹脂層と、互いに平行にかつ所定のピッチPpで配置された複数の格子線からなる回折格子とを有する回折格子シートであって、格子線が、透明樹脂層とは屈折率の異なる材料の薄膜からなり、かつ格子線が、透明樹脂層の第1の主表面および第2の主表面に対して長さ方向が平行に延びるように、透明樹脂層内に埋設されたものであればよく、図3、図4に示すものに限定はされない。
たとえば、格子線22を構成する誘電体の薄膜の表面は、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対して勾配を有していなくてもよい。すなわち、第1の主表面18および第2の主表面19に対して垂直であってもよい。
また、透明基板を有さず(すなわち、第1の透明基板32および第2の透明基板34を有さず)、透明樹脂層10および回折格子20のみからなる回折格子シートであってもよい。
また、透明樹脂層10の表面に第1の透明基板32および第2の透明基板34のうち、いずれか一方を有する回折格子シートであってもよい。第1の透明基板32および第2の透明基板34のいずれか一方を有する場合、回折格子シートを製造しやすい点から、透明樹脂層10の表面に第1の透明基板32を有する回折格子シートが好ましい。
また、図5に示すように、第2の透明基板34(または第1の透明基板32)の表面にハードコート層36を有する回折格子シート2であってもよい。
ハードコート層36の材料としては、樹脂(光硬化樹脂等)、無機酸化物(二酸化ケイ素等)等が挙げられる。
また、回折格子シート1を複数積層した回折格子シートであってもよく、回折格子20が埋設された透明樹脂層10を複数積層した回折格子シートであってもよい。この際、各透明樹脂層10における格子線22の長さ方向、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度φ、格子線22のピッチPp等は、各透明樹脂層10で同一であってもよく、一部の透明樹脂層10で異なっていてもよく、透明樹脂層10ごとに異なっていてもよい。
たとえば、図6に示すように、格子線22の長さ方向がx方向に延び、+y方向に向かうにしたがって格子線22を構成する薄膜の表面が−z方向に勾配した回折格子20aが埋設された透明樹脂層10aと;格子線22の長さ方向がx方向に延び、+y方向に向かうにしたがって格子線22を構成する薄膜の表面が+z方向に勾配した回折格子20bが埋設された透明樹脂層10bと;格子線22の長さ方向がz方向に延び、+y方向に向かうにしたがって格子線22を構成する薄膜の表面が−x方向に勾配した回折格子20cが埋設された透明樹脂層10cと;格子線22の長さ方向がz方向に延び、+y方向に向かうにしたがって格子線22を構成する薄膜の表面が+x方向に勾配した回折格子20dが埋設された透明樹脂層10dとが積層された透明樹脂層10を有する積層タイプの回折格子シートであってもよい。該回折格子シートを有する太陽電池用カバー部材によれば、太陽の高度や方角(朝昼夕、季節)によらず、いずれかの透明樹脂層における回折格子で回折した太陽光が太陽電池素子に効率よく入射する。また、車両(自動車等)のルーフに設置し、車両自動車等)の進行方向が変化すると、太陽光の入射方向が変化するような場合であっても、車両(自動車等)の進行方向によらず、いずれかの透明樹脂層における回折格子20で回折した太陽光が太陽電池素子に効率よく入射する。
また、図7に示すように、格子線22の長さ方向、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の向きおよび角度φが同じ回折格子20が埋設された透明樹脂層10eと透明樹脂層10fとが積層された透明樹脂層10を有する積層タイプの回折格子シートであってもよい。該回折格子シートによれば、単層の透明樹脂層10に比べ、回折させたい特定の入射角や波長の太陽光の回折効率をより高めることができる。
<回折格子の設計方法>
格子線22のピッチPp、格子線22の高さHg、格子線22の厚さDg、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度φ等は、回折させたい太陽光の波長の範囲、回折させたい太陽光の入射角の範囲、回折格子シートを構成する各材料(透明樹脂層10、格子線22の薄膜、第1の透明基板32、第2の透明基板34、ハードコート層36等)の屈折率、太陽電池用カバー部材を構成する各材料(ガラス板50、中間膜52、粘着剤層60等)の屈折率、太陽電池の設置角度等に応じ、公知の光学的な知見(特許文献1、2、その他)に基づいて適宜設定すればよい。
たとえば、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度φは、以下のようにして、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19の法線に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度φを求め、φ=90−φから算出できる。
また、格子線22の断面の左端(または右端)から、これに隣接する格子線22の断面の左端(または右端)までの距離である格子線22のピッチPpは、以下のようにして、格子線22の法線方向の格子線間隔dを求めることによって算出できる。
図8は、太陽電池用カバー部材3(透明樹脂層10)における光の屈折および回折の様子の一例を示す概略図である。なお、太陽電池用カバー部材3の場合、透明樹脂層10の他に、透明基板32、34、中間膜52、ガラス板50を有するが、後述するSnellの法則より空気と透明樹脂層10との間に透明樹脂層10以外の材料が存在していても、最終的に透明樹脂層10に入射する太陽光の屈折角は、透明樹脂層10以外の材料が存在しない場合と同じになる。よって、簡略化のため、太陽光が空気から透明樹脂層10に直接入射するモデルを用いて、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19の法線に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度φおよび格子線間隔dの求め方を説明する。また、図面の煩雑さを避けるため、透明樹脂層10中の格子線22は2本のみ図示し、他の格子線22は省略する。
空気(屈折率n)から透明樹脂層10(屈折率n)に入射角θで入射した太陽光は、後述するSnellの法則にしたがって該界面にて屈折角θで屈折する。
後述するBragg条件を満たす場合、屈折した太陽光の一部(波長λ)は、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19の法線に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度がφである格子線22に、入射角−(φ−θ)で入射し、回折角−(φ−θ)で回折(反射)する。一方、Bragg条件を満たさない場合、屈折した太陽光は、格子線22にて回折することなく、透明樹脂層10から他の材料(封止材等)(屈折率n)に出射する。
回折した太陽光は、透明樹脂層10と他の材料との界面に入射角βで入射する。入射角βが該界面に対してほぼ垂直(β≒0)であれば、回折格子にて回折した太陽光を、太陽電池素子の表面に対してほぼ垂直方向に出射できる。
ここで、入射角βは、下式(1)で表される。
β=−(2φ−θ) ・・・(1)
また、屈折角θは、下式(2)のSnellの法則から、下式(3)で表される。
sinθ=nsinθ ・・・(2)
θ=arcsin{(n/n)sinθ} ・・・(3)
式(3)を式(1)に代入すると、下式(4)となる。
β=−[2φ−arcsin{(n/n)sinθ}] ・・・(4)
式(4)に回折させたい太陽光の入射角θ(たとえば、70°)、空気の屈折率n、透明樹脂層10の屈折率nを入力し、右辺が0となるような、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19の法線に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度φを求める。
回折を起こす格子線間隔dは、下式(5)のBragg条件で表される。
d=λ/[2nsin{−(φ−θ)}] ・・・(5)
式(5)に回折させたい太陽光の波長λ(たとえば500nm)、屈折角θ(式(3))、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19の法線に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度φを入力し、格子線間隔dを求める。
なお、回折させたい太陽光の入射角θおよび回折させたい太陽光の波長λを用いて求められる、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19の法線に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度φおよび格子線間隔dは、それぞれ1点のみであるが、実際の回折格子においては、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19の法線に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度φおよび格子線間隔dが1点に固定されていても、回折させたい太陽光の入射角θを中心として幅広い入射角の範囲、および回折させたい太陽光の波長λを中心として幅広い波長の範囲における太陽光も、入射角θおよび波長λの太陽光ほどではないが、回折格子20にてある程度回折し、太陽光の取り込み効率を向上できる。
また、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19の法線に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度φ(透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対する、格子線22を構成する薄膜の表面の勾配の角度φ)および格子線間隔d(ピッチPp)は、回折格子シート1の全体にわたって一定であってもよく、連続的または部分的に変化させてもよい。
<太陽電池>
本発明の太陽電池は、本発明の太陽電池用カバー部材が、太陽光の入射側に設けられたものである。本発明の太陽電池は、光の入射面を南に向け、かつ所定の角度に傾斜させた状態にて架台や屋根に取り付けられる。また、光の入射面を略水平にした状態にて車両(自動車等)のルーフに取り付けられる場合もある。
本発明の太陽電池を、太陽光の入射面を南に向け、かつ所定の角度に傾斜させた状態にて架台や屋根に取り付ける場合、朝夕の太陽光の取り込み効率を向上させる点から、回折格子の格子線の長さ方向は、水平方向に対して直交する方向とすることが好ましい。また、太陽光の入射面を略水平にした状態にて車両(自動車等)のルーフに取り付ける場合、回折格子の格子線の長さ方向も、略水平方向となる。
太陽電池の種類としては、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、微結晶シリコン型、アモルファスシリコン型、ハイブリッド型、薄膜シリコン型、球状シリコン型、タンデム型、多接合型、化合物系(GaAs系、CIS系、CIGS系、CZTS系、CdTe系等)、色素増感型、有機薄膜型、量子ドット型等が挙げられる。
以下、本発明の太陽電池の実施形態を、単結晶シリコン型を例にとり、図を用いて説明する。
(第1の実施形態)
図9は、本発明の太陽電池の第1の実施形態を示す断面図である。太陽電池5は、太陽光の入射面側に配される、図1に示した合わせガラスタイプの太陽電池用カバー部材3と、バックシート62と、これらを貼り合わせる封止材64と、封止材64で封止、固定され、インターコネクタ(図示略)を介して電極(図示略)間が接続された複数の単結晶シリコン型太陽電池素子66とを有するものである。
バックシート62の材料としては、樹脂(フッ素樹脂、ポリエステル、ポリオレフィン等)、ガラス、金属(アルミニウム等)等が挙げられる。バックシート62は、単層であってもよく、複層であってもよい。
封止材64としては、公知の太陽電池に用いられる封止シート(エチレン−酢酸ビニル共重合体シート、ポリビニルブチラールシート等)を用いればよい。
(第2の実施形態)
図10は、本発明の太陽電池の第2の実施形態を示す断面図である。太陽電池6は、太陽光の入射面側に配される、図2に示したシート貼着ガラスタイプの太陽電池用カバー部材4と、バックシート62と、これらを貼り合わせる封止材64と、封止材64で封止、固定され、インターコネクタ(図示略)を介して電極(図示略)間が接続された複数の単結晶シリコン型太陽電池素子66とを有するものである。この太陽電池6においては、太陽電池用カバー部材4のガラス板50側が封止材64に接する。
バックシート62の材料としては、第1の実施形態と同様のものを用いればよい。
封止材64としては、第1の実施形態と同様のものを用いればよい。
(第3の実施形態)
図11は、本発明の太陽電池の第3の実施形態を示す断面図である。太陽電池7は、太陽光の入射面側に配される、図2に示したシート貼着ガラスタイプの太陽電池用カバー部材4と、バックシート62と、これらを貼り合わせる封止材64と、封止材64で封止、固定され、インターコネクタ(図示略)を介して電極(図示略)間が接続された複数の単結晶シリコン型太陽電池素子66とを有するものである。この太陽電池7においては、太陽電池用カバー部材4の回折格子シート2側が封止材64に接し、太陽電池用カバー部材4のガラス板50は太陽光の入射面側に位置する。
バックシート62の材料としては、第1の実施形態と同様のものを用いればよい。
封止材64としては、第1の実施形態と同様のものを用いればよい。
(他の形態)
本発明における太陽電池は、本発明の太陽電池用カバー部材が、太陽光の入射側に設けられたものであればよく、図9〜11に示すものに限定はされない。
たとえば、図示例の単結晶シリコン型太陽電池に限定されず、化合物系、色素増感型、薄膜型等の太陽電池であっても構わない。
また、回折格子シートが、透明基板を有さず(すなわち、第1の透明基板32および第2の透明基板34を有さず)、透明樹脂層10および回折格子20のみからなる回折格子シートであってもよい。
また、回折格子シートが、透明樹脂層10の表面に第1の透明基板32および第2の透明基板34のうち、いずれか一方を有する回折格子シートであってもよい。
また、上述した積層タイプの回折格子シートを有する太陽電池であってもよい。
また、公知の太陽電池のカバー部材(たとえば、カバーガラス)の表面に、回折格子シートを貼り合わせ、本発明の太陽電池としてもよい。
<太陽電池の製造方法>
本発明の太陽電池は、たとえば、下記の工程(I)〜(III)を経て製造される。
(I)回折格子シートを製造する工程。
(II)回折格子シートとガラス板とを貼り合わせて太陽電池用カバー部材を得る工程。
(III)本発明の太陽電池用カバー部材が光の入射側に設けられた本発明の太陽電池を得る工程。
〔工程(I)〕
回折格子シートの製造方法としては、たとえば、下記の工程(a)、工程(b)、(c)をこの順で有する方法が挙げられる。
(a)一方の表面が第1の主表面であり、他方の表面が、複数の凸条が互いに平行にかつ所定のピッチPpで形成された凹凸面である、透明樹脂からなる第1の層を形成する工程。
(b)第1の層に形成された凸条の表面の少なくとも一部に、透明樹脂層とは屈折率の異なる材料をドライコートして薄膜を形成することによって、複数の格子線からなる回折格子を形成する工程。
(c)第1の層の凹凸面および回折格子の表面に、透明樹脂からなる第2の層を形成することによって、第1の層および第2の層からなる前記透明樹脂層を形成する工程。
また、透明基材を有する回折格子シート1の製造方法としては、たとえば、下記の工程(a’)、工程(b)、工程(c’)をこの順で有する方法が挙げられる。
(a’)第1の透明基板の表面に、一方の表面が、第1の透明基板との界面、すなわち第1の主表面であり、他方の表面が、複数の凸条が互いに平行にかつ所定のピッチPpで形成された凹凸面である、透明樹脂からなる第1の層を形成する工程。
(b)第1の層に形成された凸条の表面の少なくとも一部に、透明樹脂層とは屈折率の異なる材料をドライコートして薄膜を形成することによって、複数の格子線からなる回折格子を形成する工程。
(c’)第1の層および回折格子が表面に形成された第1の透明基板と、光硬化性組成物からなる塗膜が表面に形成された第2の透明基板とを、第1の層および回折格子に塗膜が接するように貼り合わせ、ついで塗膜を光硬化させて第2の層を形成することによって、第1の層および第2の層からなる透明樹脂層を形成する工程。
具体的には、図3の回折格子シート1の製造方法としては、たとえば、下記の工程(a”)、工程(b”)、工程(c”)を有する方法が挙げられる。
(a”)第1の透明基板32の表面に、一方の表面が第1の透明基板32との界面(すなわち第1の主表面18)であり、他方の表面が、第1の主表面18に対して勾配した第1の側面を有する複数の凸条12が互いに平行にかつ所定のピッチPpで形成された凹凸面である、透明樹脂からなる第1の層14を形成する工程。
(b”)第1の層に形成された凸条12の第1の側面に(図3においては凸条12のそれぞれの右側の側面に)、透明樹脂層10とは屈折率の異なる材料をドライコートして薄膜(格子線22)を形成することによって、複数の格子線22からなる回折格子20を形成する工程。
(c”)第1の層14および回折格子20が表面に形成された第1の透明基板32と、光硬化性組成物からなる塗膜が表面に形成された第2の透明基板34とを、第1の層14および回折格子20に塗膜が接するように貼り合わせ、ついで塗膜を光硬化させて第2の層16を形成することによって、第1の層14および第2の層16からなる透明樹脂層10を形成する工程。
(工程(a)、工程(a’)、工程(a”)の具体例の説明)
第1の層14の作製方法としては、インプリント法(光インプリント法、熱インプリント法)、リソグラフィ法等が挙げられ、凸条12を生産性よく形成できる点および第1の層14を大面積化できる点から、インプリント法が好ましく、凸条12をより生産性よく形成できる点およびモールドの溝を精度よく転写できる点から、光インプリント法が特に好ましい。
光インプリント法は、たとえば、電子線描画とエッチングとの組み合わせ等により、複数の溝が互いに平行にかつ所定のピッチPpで形成されたモールドを作製し、該モールドの溝を、第1の透明基板32の表面に塗布された光硬化性組成物に転写し、同時に該光硬化性組成物を光硬化させる方法である。
光インプリント法による第1の層14の作製は、具体的には下記の工程(i)〜(iv)を経て行われることが好ましい。
(i)光硬化性組成物を第1の透明基板32の表面に塗布する工程。
(ii)図12に示すように、複数の溝42が互いに平行にかつ所定のピッチPpで形成されたモールド40を、溝42が光硬化性組成物24に接するように、光硬化性組成物24に押しつける工程。
(iii)モールド40を光硬化性組成物24に押しつけた状態で放射線(紫外線、電子線等)を照射して光硬化性組成物24を硬化させて、モールド40の溝42に対応する複数の凸条12を有する第1の層14を作製する工程。
(iv)第1の層14からモールド40を分離する工程。
熱インプリント法による第1の層14の作製は、具体的には下記の工程(i)〜(iii)を経て行われることが好ましい。
(i)第1の透明基板32の表面に熱可塑性樹脂の被転写膜を形成する工程、または熱可塑性樹脂の被転写フィルムを作製する工程。
(ii)複数の溝42が互いに平行にかつ一定のピッチPpで形成されたモールド40を、溝42が被転写膜または被転写フィルムに接するように、熱可塑性樹脂のガラス転移温度(Tg)または融点(Tm)以上に加熱した被転写膜または被転写フィルムに押しつけ、モールド40の溝42に対応する複数の凸条12を有する第1の層14を作製する工程。
(iii)第1の層14をTgまたはTmより低い温度に冷却して第1の層14からモールド40を分離する工程。
インプリント法に用いられるモールド40の材料としては、シリコン、ニッケル、石英ガラス、樹脂等が挙げられる。
樹脂フィルムを第1の透明基板32に用いた場合は、インプリント法は、ロール・ツウ・ロール(roll to roll)方式で行うことができる。
(工程(b)、工程(b”)の具体例の説明)
格子線22は、第1の層14の凸条12の側面の表面に選択的に、透明樹脂層10とは屈折率の異なる材料をドライコートして形成される。
ドライコート法としては、PVD法またはCVD法が挙げられ、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法が好ましく、真空蒸着法が特に好ましい。真空蒸着法としては、蒸発粒子の第1の層14に対する入射方向を制御でき、凸条12の表面に選択的に誘電体を蒸着できる点から、斜方蒸着法が好ましい。
斜方蒸着法による格子線22の形成は、たとえば、下記のように行う。
まず、図13に示すように、凸条12の長さ方向Lに対して略直交し、かつ凸条12の高さ方向Hに対して第1の側面の側に下式(6)を満たす角度θ(°)をなす方向V1から格子線材料を蒸着する工程を実施することによって、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対する勾配の角度がφである、凸条12の第1の側面の一部または全体を被覆する薄膜を形成する。
tan(θ±10)=(Pp−Hp/tanφ)/Hp ・・・(6)。
式(6)の角度θ(°)は、隣の凸条12に遮られることなく、凸条12の第1の側面に格子線材料を蒸着するための角度を表わし、凸条12の第1の側面の底部と隣の凸条12の頂部との間隔(すなわち凸条12のピッチPpからHp/tanφを引いた距離(Pp−Hp/tanφ))と、隣の凸条12の高さHpとから決まる。「±10」は振れ幅である。
角度θ(°)は、tan(θ±7)=(Pp−Hp/tanφ)/Hpを満たすことが好ましく、tan(θ±5)=(Pp−Hp/tanφ)/Hpを満たすことがより好ましい。
(工程(c)、工程(c’)、工程(c”)の具体例の説明)
図14に示すように、第1の層14および回折格子20が表面に形成された第1の透明基板32と、光硬化性組成物からなる塗膜26が表面に形成された第2の透明基板34とを、第1の層14および回折格子20に塗膜26が接するように貼り合わせる。
ついで、塗膜26を光硬化させて第2の層16を形成することによって、第1の層14および第2の層16からなる透明樹脂層10を形成する。
(他の形態)
回折格子シートの製造方法は、上述の工程(a)〜(c)を有する方法であればよく、上述の工程工程(a’)〜(c’)、(a”)〜(c”)を有する図示例の回折格子シートの製造方法に限定はされない。
たとえば、凸条12の第1の側面は、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対して勾配を有していなくてもよい。すなわち、第1の主表面18および第2の主表面19に対して垂直であってもよい。また、凸条12の第2の側面は、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対して勾配を有していてもよい。また、凸条12の頂部は、平面であってもよい。
また、格子線22を構成する格子線材料の薄膜の表面は、凸条12の第2の側面に形成されてもよく、凸条12の頂部の平面に形成されてもよい。
また、透明樹脂層10の表面に第1の透明基板32を有し、第2の透明基板34を有さない回折格子シートを製造する場合は、前記工程(c’)を下記のように変更すればよい。
(c’)第1の層および回折格子が表面に形成された第1の透明基板の回折格子側の表面に、光硬化性組成物からなる塗膜を形成し、ついで塗膜を光硬化させて第2の層を形成することによって、第1の層および第2の層からなる透明樹脂層を形成する工程。
〔工程(II)〕
太陽電池用カバー部材は、公知の方法、すなわち第1の実施形態の合わせガラスの場合は、公知の合わせガラスの製造方法によって、第2の実施形態のシート貼着ガラスの場合は、公知のシート貼着ガラスの製造方法によって製造される。
〔工程(III)〕
太陽電池は、たとえば、特許第4010053号公報、特許第3794059号公報等に記載された方法等、公知の方法によって製造される。
たとえば、単結晶シリコン型太陽電池の場合、太陽電池用カバー部材、封止シート、単結晶シリコン型太陽電池素子、封止シート、バックシートを重ねた状態で、加熱、接着を行うことによって製造できる。
<作用効果>
以上説明した本発明の太陽電池用カバー部材にあっては、透明樹脂層とは屈折率の異なる材料の薄膜からなる格子線が透明樹脂層内に埋設された回折格子シートを有するため、複数の凸部からなる回折格子を有する従来のものに比べ、幅広い太陽光の入射角の範囲において太陽電池への太陽光の取り込み効率を向上できる。
また、以上説明した本発明の太陽電池にあっては、幅広い太陽光の入射角の範囲において太陽電池への太陽光の取り込み効率を向上できる本発明の太陽電池用カバー部材が、光の入射側に設けられたものであるため、幅広い太陽光の入射角の範囲において従来に比べ発電効率を向上できる。
すなわち、図15に示すように、太陽光の入射角θが大きい朝夕においては、太陽電池5に入射した太陽光の一部が回折格子20によって回折され、単結晶シリコン型太陽電池素子62の表面に対してほぼ垂直方向に出射され、太陽電池素子に効率よく入射する。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
例1は実施例であり、例2、3は比較例である。
(光硬化性組成物1)
撹拌機および冷却管を装着した1000mLの4つ口フラスコに、
単量体1(新中村化学工業社製、NK エステル A−DPH、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート)の60g、
単量体2(新中村化学工業社製、NK エステル A−NPG、ネオペンチルグリコールジアクリレート)の40g、
光重合開始剤(チバスペシャリティーケミカルズ社製、IRGACURE907)の4.0g、
含フッ素界面活性剤(旭硝子社製、フルオロアクリレート(CH=CHCOO(CH(CFF)とブチルアクリレートとのコオリゴマー、フッ素含有量:約30質量%、質量平均分子量:約3000)の0.1g、
重合禁止剤(和光純薬社製、Q1301)の1.0g、および
シクロヘキサノンの65.0gを入れた。
フラスコ内を常温および遮光にした状態で、1時間撹拌して均一化した。ついで、フラスコ内を撹拌しながら、コロイド状シリカの100g(固形分:30g)をゆっくりと加え、さらにフラスコ内を常温および遮光にした状態で1時間撹拌して均一化した。ついで、シクロヘキサノンの340gを加え、フラスコ内を常温および遮光にした状態で1時間撹拌して光硬化性組成物1の溶液を得た。光硬化性組成物1の硬化後の屈折率は1.45であった。
〔例1〕
(回折格子の設計)
透明樹脂層の第1の主表面および第2の主表面に対する、格子線を構成する薄膜の表面の勾配の角度φ、および格子線22のピッチPpは、回折させたい太陽光の入射角θを70°、および回折させたい太陽光の波長λを500nmに設定し、上述した回折格子の設計方法に基づいて、透明樹脂層の第1の主表面および第2の主表面の法線に対する、格子線を構成する薄膜の表面の勾配の角度φ、および格子線の法線方向の格子線間隔dを求めることによって算出した。結果を表1に示す。
(工程(I))
工程(a’):
厚さ50μmの高透過ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡社製、A4300、100mm×100mm、屈折率(589nm):1.65)の表面に、光硬化性組成物1をスピンコート法により塗布し、光硬化性組成物1の塗膜を形成する。
複数の溝が互いに平行にかつ所定のピッチで形成されたニッケル製モールド(面積:150mm×150mm、パターン面積:100mm×100mm、溝のピッチPp:0.96μm、溝の深さHp:2.6μm、溝の長さ:100mm、溝の断面形状:略直角三角形)を、溝が光硬化性組成物1の塗膜に接するように、25℃にて0.5MPa(ゲージ圧)で光硬化性組成物1の塗膜に押しつける。
該状態を保持したまま、PETフィルム側から高圧水銀灯(周波数:1.5kHz〜2.0kHz、主波長光:255nm、315nmおよび365nm、365nmにおける照射エネルギー:1000mJ)の光を15秒間照射し、光硬化性組成物1を硬化させて、モールドの溝に対応する複数の凸条を有する第1の層(凸条のピッチPp:0.96μm、凸条の高さHp:2.6μm、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対する、凸条の第1の側面の勾配の角度φ:70°)を形成する。第1の層からモールドをゆっくり分離する。
工程(b):
蒸着源に対向する第1の層付きPETフィルムの傾きを変更可能な真空蒸着装置(昭和真空社製、SEC−16CM)を用い、第1の層の凸条の第1の側面に斜方蒸着法にてジルコニアを蒸着させ、ジルコニア(屈折率(589nm):2.00)の薄膜からなる格子線(格子線のピッチPp:0.96μm、格子線の高さHg:2.6μm、格子線の厚さDg:180nm、透明樹脂層10の第1の主表面18および第2の主表面19に対する、格子線を構成する薄膜の表面の勾配の角度φ:70°)を形成する。
この際、凸条の長さ方向Lに対して略直交し、かつ凸条の高さ方向Hに対して第1の側面の側に角度θをなす方向V1(すなわち第1の側面の側、図13参照)からの蒸着を1回行い、かつ該蒸着における角度θおよび該蒸着で凸条が形成されていない平坦な領域に形成される薄膜の厚さ(すなわち蒸着量)Dg’を表1に示す角度および厚さとする。なお、格子線の厚さDgは、シミュレーションで設計した目的とする厚さであり、該厚さになるように、蒸着量Dg’を調整した。Dg’は水晶振動子を膜厚センサーとする膜厚モニターにより測定する。
工程(c’):
厚さ50μmのPETフィルム(東洋紡社製、A4300、100mm×100mm)の表面に、光硬化性組成物1をスピンコート法により塗布し、光硬化性組成物1の塗膜を形成する。
第1の層および回折格子が表面に形成されたPETフィルム(第1の透明基板)に、光硬化性組成物1からなる塗膜が表面に形成されたPETフィルム(第2の透明基板)を、第1の層および回折格子に塗膜が接するように25℃にて0.5MPa(ゲージ圧)で押しつけ、該状態を保持したまま、高圧水銀灯(周波数:1.5kHz〜2.0kHz、主波長光:255nm、315nmおよび365nm、365nmにおける照射エネルギー:1000mJ)の光を15秒間照射する。光硬化性組成物1を硬化させて第2の層を形成することによって、第1の層および第2の層からなる透明樹脂層を形成し、図3に示す回折格子シート1を得る。
(工程(II))
フロートガラス板(100mm×100mm×厚さ2mm、屈折率(589nm):1.52)の2枚およびその内側に配設された自動車窓ガラス用中間膜(積水化学社製、厚さ0.78mm、ポリビニルブチラールフィルム、屈折率(589nm):1.48)の2枚により、上記した工程(c’)により得られた回折格子シート1を挟持し、720mmHgの減圧下で4分間脱気し、脱気状態のままで、120℃のオーブン内に30分間入れる。ガラス板と中間膜とが予備圧着されたサンドイッチ体をオートクレーブ内に入れ、圧力:1.3MPa、温度:135℃で熱圧着処理することにより、図1に示す太陽電池用カバー部材3を得る。
(工程(III))
太陽電池用カバー部材3、シート状の封止材64(三井デュポンポリケミカル社製、厚さ:0.6mm、エチレン−酢酸ビニル共重合体シート、屈折率(589nm):1.48)、単結晶シリコン型太陽電池素子(屈折率(589nm):3.6)、シート状の封止材64、バックシート62(デュポン社製)を重ねた状態で、加熱、接着を行うことによって、図9に示す太陽電池5を得る。
例1の太陽電池に入射角θを0°から70°まで10°間隔で変化させた場合の、各入射角θにおける太陽電池の発電量を、単結晶シリコン型太陽電池素子の分光感度特性(波長と量子効率との関係)および太陽電池用カバー部材3の0次透過光および回折光の分光透過率を元に計算した。結果を図17に示す。
〔例2〕
(回折格子の設計)
回折格子シートとしては、本発明における回折格子シートを製造する際の中間体である、図16に示す、第1の層14付きの第1の透明基板32(回折格子シート11)を用いる。
第1の層14と第1の透明基板32との界面に対する、凸条12の第1の側面の勾配の角度φ、凸条12のピッチPpは、回折させたい太陽光の入射角θを70°、および回折させたい太陽光の波長λを500nmに設定し、上述した回折格子の設計方法に基づいて算出した。結果を表1に示す。
(工程(I))
厚さ50μmの高透過ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡社製、A4300、100mm×100mm、屈折率(589nm):1.65)の表面に、光硬化性組成物1をスピンコート法により塗布し、光硬化性組成物1の塗膜を形成する。
複数の溝が互いに平行にかつ所定のピッチで形成されたニッケル製モールド(面積:150mm×150mm、パターン面積:100mm×100mm、溝のピッチPp:0.74μm、溝の深さHp:12.25μm、溝の長さ:100mm、溝の断面形状:略直角三角形)を、溝が光硬化性組成物1の塗膜に接するように、25℃にて0.5MPa(ゲージ圧)で光硬化性組成物1の塗膜に押しつける。
該状態を保持したまま、PETフィルム側から高圧水銀灯(周波数:1.5kHz〜2.0kHz、主波長光:255nm、315nmおよび365nm、365nmにおける照射エネルギー:1000mJ)の光を15秒間照射し、光硬化性組成物1を硬化させて、モールドの溝に対応する複数の凸条を有する第1の層(凸条のピッチPp:0.74μm、凸条の高さHp:12.25μm、第1の層14と第1の透明基板32との界面に対する、凸条の第1の側面の勾配の角度φ:87°)を形成する。第1の層からモールドをゆっくり分離し、回折格子シート11を得る。
(工程(II))
回折格子シート11の第1の透明基板32側の表面に、ノンキャリア粘着フィルム(商品名:パナピールTP04(パナック社製))の一方の面のセパレートフィルムを剥離してラミネートした。その後、さらにパナピールTP04の他方の面のセパレートフィルムを剥離しながらフロートガラス板(100mm×100mm×厚さ4mm)に回折格子シート11を貼合し、太陽電池用カバー部材を得る。
(工程(III))
例1の太陽電池用カバー部材の代わりに、例2において得られた太陽電池用カバー部材を用いた以外は、例1と同様にして太陽電池を得る。
例2の太陽電池に入射角θを0°から70°まで10°間隔で変化させた場合の、各入射角θにおける太陽電池の発電量を、単結晶シリコン型太陽電池素子の分光感度特性(波長と量子効率との関係)および太陽電池用カバー部材の0次透過光および回折光の分光透過率を元に計算した。結果を図17に示す。
〔例3〕
旭硝子社製フロート板ガラス(FL、厚さ4mm)について、入射角0°から70°における日射透過率を表1に示す。
例1の太陽電池用カバー部材の代わりに、上記したフロート板ガラスを用いた以外は、例1と同様にして太陽電池を得る。
例3の太陽電池に入射角θを0°から70°まで10°間隔で変化させた場合の、各入射角θにおける太陽電池の発電量を、単結晶シリコン型太陽電池素子の分光感度特性(波長と量子効率との関係)およびフロートガラス板の0次透過光および回折光の分光透過率を元に計算した。結果を図17に示す。
Figure 2013005746
図17の結果から、例1の太陽電池は、幅広い太陽光の入射角の範囲(30〜70°)において、従来の例3の太陽電池に比べ発電効率を向上できることがわかる。一方、複数の凸条からなる回折格子を有する例2の太陽電池は、設計どおり特定の入射角(70°)の太陽光については、従来の例3の太陽電池に比べ発電効率が向上するものの、入射角0〜40°の太陽光については、発電効率は大きく低下することがわかる。
本発明の太陽電池用カバー部材によれば、従来に比べ、幅広い太陽光の入射角の範囲において太陽光の取り込み効率を向上させることができ、かかる太陽電池用カバー部材を用いれば、従来に比べ発電効率の高い太陽電池を提供することができる。
なお、2011年7月5日に出願された日本特許出願2011−149071号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
1 回折格子シート
2 回折格子シート
3 太陽電池用カバー部材
4 太陽電池用カバー部材
5 太陽電池
6 太陽電池
7 太陽電池
10 透明樹脂層
18 第1の主表面
19 第2の主表面
20 回折格子
22 格子線
32 第1の透明基板
34 第2の透明基板
50 ガラス板(透明面材)
52 中間膜
62 バックシート
64 封止材

Claims (9)

  1. 透明面材と回折格子シートとを有する太陽電池用カバー部材であって、
    前記回折格子シートが、
    互いに平行な第1の主表面および第2の主表面を有する透明樹脂層と、
    互いに平行にかつ所定のピッチで配置された複数の格子線からなる回折格子とを有し、
    前記格子線が、前記透明樹脂層とは屈折率の異なる材料の薄膜からなり、
    前記格子線が、前記透明樹脂層の第1の主表面および第2の主表面に対して長さ方向が平行に延びるように、前記透明樹脂層内に埋設された、回折格子シートである、
    太陽電池用カバー部材。
  2. 前記回折格子シートが、前記第1の主表面に接する第1の透明基板をさらに有する、請求項1に記載の太陽電池用カバー部材。
  3. 前記格子線が、前記透明樹脂層の第1の主表面および第2の主表面に対して、長さ方向が平行に延びるように、かつ前記薄膜の表面が勾配を有するように、前記透明樹脂層内に埋設された、請求項1または2に記載の太陽電池用カバー部材。
  4. 前記格子線が、前記透明樹脂層より屈折率の大きい誘電体の薄膜からなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の太陽電池用カバー部材。
  5. 前記格子線を構成する誘電体の薄膜の屈折率が、前記透明樹脂層の屈折率より、0.0001〜1.8高い、請求項4に記載の太陽電池用カバー部材。
  6. 前記透明面材が、ガラス板である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の太陽電池用カバー部材。
  7. 2枚のガラス板と、その間に挟まれた回折格子シートとが、中間膜を介して貼り合わされた合わせガラスである、請求項6に記載の太陽電池用カバー部材。
  8. ガラス板の表面に回折格子シートが貼着されたシート貼着ガラスである、請求項6に記載の太陽電池用カバー部材。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の太陽電池用カバー部材が、太陽光の入射側に設けられた太陽電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2985267A4 (en) * 2013-04-12 2016-11-09 Asahi Glass Co Ltd CHEMICALLY REINFORCED GLASS PLATE FOR EXTERNAL USE
EP3240046A1 (en) * 2016-04-29 2017-11-01 BASF Coatings GmbH Solar light collector
WO2019037837A1 (en) * 2017-08-22 2019-02-28 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement LIGHT SOLAR PHOTOVOLTAIC MODULE
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004111693A1 (ja) * 2003-06-17 2004-12-23 Riken 回折格子およびその製造方法
JP4475501B2 (ja) * 2003-10-09 2010-06-09 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 分光素子、回折格子、複合回折格子、カラー表示装置、および分波器
JP2010087351A (ja) * 2008-10-01 2010-04-15 Toppan Printing Co Ltd 太陽電池用光学シート

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