JPWO2013069785A1 - Light guide, solar cell module and solar power generation device - Google Patents
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Abstract
導光体14は、第1主面14aと、第1端面14cを有し、少なくとも一つの光機能材料12,18を含み、前記少なくとも一つの光機能材料が、光を異方的に発する第1光機能材料12を含み、少なくとも前記第1光機能材料から放射された光を伝播させ前記端面から射出させるよう構成されており、前記第1光機能材料は、前記第1光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と前記第1主面の法線とのなす角度が臨界角以上になるように配向されている。 The light guide 14 has a first main surface 14a and a first end surface 14c, includes at least one optical functional material 12, 18, and the at least one optical functional material emits light anisotropically. One optical functional material 12, configured to propagate at least light emitted from the first optical functional material and to emit the light from the end face, and the first optical functional material emits from the first optical functional material. The angle formed by the direction in which the emitted light has the highest intensity and the normal line of the first main surface is oriented so as to be equal to or greater than the critical angle.
Description
本発明は、導光体、太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置に関する。
本願は、2011年11月11日に、日本に出願された特願2011−247470号及び2011年12月22日に、日本に出願された特願2011−281502に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。The present invention relates to a light guide, a solar cell module, and a solar power generation device.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2011-247470 filed in Japan on November 11, 2011 and Japanese Patent Application No. 2011-281502 filed in Japan on December 22, 2011. The contents are incorporated herein.
導光体の端面に太陽電池素子を設置し、導光体の内部を伝播した光を太陽電池素子に入射させて発電を行う太陽光発電装置が知られている。 2. Description of the Related Art There is known a solar power generation device that generates power by installing a solar cell element on an end surface of a light guide and making light propagated through the light guide enter the solar cell element.
特許文献1では、導光体の一主面から入射した太陽光の一部を導光体の内部に伝播させて太陽電池素子に導く構成となっている。導光体の表面には蛍光体が塗布されており、導光体に入射した太陽光によって蛍光体が励起される。蛍光体から放射された光(蛍光)は導光体の内部を伝播し、太陽電池素子に入射して発電が行われる。
In
特許文献2では、導光体の一主面から入射した太陽光の一部を導光体の内部に伝播させて光電変換部に導く構成となっている。導光体の内部には指s向性発光粒子が分散されている。導光体に入射した太陽光は、指向性発光粒子により、光電変換部の方向に指向性を持つように変換される。 In patent document 2, it has the structure which propagates a part of sunlight which injected from one main surface of the light guide to the inside of a light guide, and guides it to a photoelectric conversion part. The finger s-directional luminescent particles are dispersed inside the light guide. Sunlight incident on the light guide is converted by the directional luminescent particles so as to have directivity in the direction of the photoelectric conversion unit.
特許文献1では、蛍光体の励起に用いられる太陽光は、導光体に入射する太陽光のうちのごく僅かである。導光体に入射した太陽光の大部分は導光体を透過し、発電に寄与しない。
特許文献2では、導光体に入射した太陽光が1種類の指向性発光粒子により変換される構成である。そのため、発電に利用することができる波長域が限られてしまう。
また、特許文献2では、発光光の指向性(異方性)を利用しているが、この構成では吸収指向性の影響があり、垂直に近い角度の入射光が透過してしまう。
よって、これら特許文献1、2では、発電効率の高い太陽光発電装置を提供することができない。In
In patent document 2, it is the structure by which the sunlight which injected into the light guide is converted with one kind of directional light-emitting particle. Therefore, the wavelength range that can be used for power generation is limited.
In Patent Document 2, the directivity (anisotropy) of emitted light is used. However, this configuration has an effect of absorption directivity, and incident light having an angle close to vertical is transmitted.
Therefore, in these
本発明の態様における目的は、光の取り出し効率が高い導光体、発電効率の高い太陽電池モジュールおよびこれを用いた太陽光発電装置を提供することにある。
また、本発明の他の態様における目的は、光の取り出し効率が高く発電効率が高い太陽電池モジュールと、これを用いた太陽光発電装置を提供することにある。The objective in the aspect of this invention is providing the light guide with high extraction efficiency of light, the solar cell module with high power generation efficiency, and a solar power generation device using the same.
Another object of the present invention is to provide a solar cell module having high light extraction efficiency and high power generation efficiency, and a solar power generation apparatus using the solar cell module.
本発明の一態様における導光体は、第1主面と、第1端面を有し、少なくとも一つの光機能材料を含み、前記少なくとも一つの光機能材料が、光を異方的に発する第1光機能材料を含み、少なくとも前記第1光機能材料から放射された光を伝播させ前記端面から射出させるよう構成されており、前記第1光機能材料は、前記第1光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と前記第1主面の法線とのなす角度が臨界角以上になるように配向されている。 The light guide in one aspect of the present invention has a first main surface and a first end surface, includes at least one optical functional material, and the at least one optical functional material emits light anisotropically. A first optical functional material configured to propagate at least light emitted from the first optical functional material and emit the light from the end face, and the first optical functional material is emitted from the first optical functional material. The orientation is such that the angle formed between the direction of maximum light emission intensity and the normal line of the first main surface is greater than or equal to the critical angle.
本発明の一態様における導光体において、前記第1光機能材料は、前記第1主面から入射した外光の一部を吸収してもよい。 In the light guide according to an aspect of the present invention, the first optical functional material may absorb a part of external light incident from the first main surface.
本発明の一態様における導光体は、さらに入射した外光の一部を等方的に吸収する第2光機能材料を含んでもよい。 The light guide in one embodiment of the present invention may further include a second optical functional material that isotropically absorbs part of incident external light.
本発明の一態様における導光体において、前記第2光機能材料は、光を等方的に吸収する性質を有する材料、もしくは光を異方的に吸収する性質を有するが前記導光体に含まれる材料に対して配向しにくくランダムな状態の光機能材料、のいずれかであってもよい。 In the light guide in one embodiment of the present invention, the second optical functional material has a property of absorbing light isotropically or has a property of absorbing light anisotropically. Any of the optical functional materials in a random state that is difficult to be oriented with respect to the contained material may be used.
本発明の一態様における導光体は、前記光機能材料を複数含み、前記第1光機能材料は、前記複数の光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料を含んでもよい。 The light guide in one aspect of the present invention may include a plurality of the optical functional materials, and the first optical functional material may include an optical functional material having a maximum emission spectrum peak wavelength among the plurality of optical functional materials. .
本発明の一態様における導光体において、前記第1光機能材料は、前記第1主面の法線方向から見て、前記第1光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が前記端面を向くように配向されていてもよい。 In the light guide according to the aspect of the present invention, the first optical functional material has a direction in which the emission intensity of the light emitted from the first optical functional material is the largest when viewed from the normal direction of the first main surface. You may orientate so that it may face the said end surface.
本発明の一態様における導光体において、前記第1光機能材料が、二色性蛍光色素からなる光機能材料を含んでもよい。 In the light guide according to one aspect of the present invention, the first optical functional material may include an optical functional material made of a dichroic fluorescent dye.
本発明の一態様における導光体において、前記二色性蛍光色素が、分子長軸と直交する方向が発光強度の最も大きい方向であるポジ型二色性蛍光色素を含んでもよい。 In the light guide in one embodiment of the present invention, the dichroic fluorescent dye may include a positive dichroic fluorescent dye in which the direction orthogonal to the molecular long axis is the direction with the highest emission intensity.
本発明の一態様における導光体は、さらに、前記第1主面側に設けられ、前記導光体の外部から入射する外光を拡散させる拡散板を含んでもよい。 The light guide in one aspect of the present invention may further include a diffusion plate that is provided on the first main surface side and diffuses external light incident from the outside of the light guide.
本発明の一態様における導光体は、前記複数の光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせ、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料から放射された光を、前記第1端面から射出させてもよい。 The light guide in one embodiment of the present invention causes energy transfer by a Forster mechanism between the plurality of optical functional materials, and emits light emitted from the optical functional material having the largest peak wavelength of the emission spectrum. You may inject from one end surface.
本発明の一態様における導光体において、前記複数の光機能材料のうち、前記最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料以外の1又は複数の光機能材料には、蛍光量子収率が80%以下の光機能材料が含まれていてもよい。 In the light guide according to an aspect of the present invention, among the plurality of optical functional materials, one or a plurality of optical functional materials other than the optical functional material having the largest peak wavelength of the emission spectrum has a fluorescence quantum yield of 80. % Or less of optical functional material may be included.
本発明の一態様における導光体において、前記最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料の蛍光量子収率は、前記導光体に含まれる他のいずれの光機能材料の蛍光量子収率よりも高くてもよい。 In the light guide in one aspect of the present invention, the fluorescence quantum yield of the optical functional material having the largest peak wavelength of the emission spectrum is greater than the fluorescence quantum yield of any other optical functional material included in the light guide. May be higher.
本発明の一態様における導光体において、前記光機能材料が、無機材料からなる光機能材料を含んでいてもよい。 In the light guide in one embodiment of the present invention, the optical functional material may include an optical functional material made of an inorganic material.
本発明の一態様における導光体において、前記無機材料からなる光機能材料が、量子ドットからなる光機能材料を含んでいてもよい。 In the light guide in one embodiment of the present invention, the optical functional material made of the inorganic material may include an optical functional material made of quantum dots.
本発明の一態様における導光体において、前記光機能材料が、有機無機ハイブリッド蛍光体からなる光機能材料をふくんでいてもよい。 In the light guide in one embodiment of the present invention, the optical functional material may include an optical functional material made of an organic-inorganic hybrid phosphor.
本発明の一態様における導光体は、さらに、前記導光体の内部を伝播する光を反射する反射層を含んでいてもよい。 The light guide in one embodiment of the present invention may further include a reflective layer that reflects light propagating through the light guide.
本発明の一態様における導光体において、前記反射層は、入射した光を散乱反射する散乱反射層であってもよい。 In the light guide according to the aspect of the present invention, the reflection layer may be a scattering reflection layer that scatters and reflects incident light.
本発明の一態様における導光体は、さらに、前記導光体と前記反射層の間に位相差板を含んでもよい。 The light guide in one embodiment of the present invention may further include a retardation plate between the light guide and the reflective layer.
本発明の一態様における導光体において、前記位相差板は、1/4λ板であってもよい。 In the light guide according to the aspect of the present invention, the retardation plate may be a ¼λ plate.
本発明の一態様における導光体は、透明導光体と、前記透明導光体の内部に分散された前記複数の光機能材料と、を含んでもよい。 The light guide in one aspect of the present invention may include a transparent light guide and the plurality of optical functional materials dispersed inside the transparent light guide.
本発明の一態様における導光体は、透明導光体と、前記透明導光体の有する第3主面に設けられ、内部に前記複数の光機能材料が分散された光機能材料層と、を含んでもよい。 The light guide in one aspect of the present invention is provided on the third main surface of the transparent light guide and the transparent light guide, and the optical functional material layer in which the plurality of optical functional materials are dispersed, May be included.
本発明の一態様における導光体は、さらに、剥離可能な粘着層を含み、前記透明導光体と前記光機能材料層とは、前記粘着層で接着されていてもよい。 The light guide in one aspect of the present invention may further include a peelable pressure-sensitive adhesive layer, and the transparent light guide and the optical functional material layer may be bonded with the pressure-sensitive adhesive layer.
本発明の他の態様における太陽電池モジュールは、導光体と、前記導光体の前記第1端面から射出された前記光を受光する第1太陽電池素子と、を備えている。 A solar cell module according to another aspect of the present invention includes a light guide and a first solar cell element that receives the light emitted from the first end face of the light guide.
本発明の他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料の発光スペクトルのピーク波長における前記第1太陽電池素子の分光感度は、前記導光体に備えられた他のいずれの光機能材料の発光スペクトルのピーク波長における前記第1太陽電池素子の分光感度よりも大きくてもよい。 In the solar cell module according to another aspect of the present invention, the spectral sensitivity of the first solar cell element at the peak wavelength of the emission spectrum of the optical functional material having the largest emission spectrum peak wavelength among the optical functional materials is the light guide. It may be larger than the spectral sensitivity of the first solar cell element at the peak wavelength of the emission spectrum of any other optical functional material provided in the body.
本発明の他の態様における太陽電池モジュールは、さらに、第3主面と第2端面を有し、前記第2主面側に配置され、前記第2主面から透過した光を前記第3主面から入射し、伝播させて前記第2端面から射出する第2導光体と、前記第2端面に設けられて前記第2端面から射出された光を受光する第2太陽電池素子と、を備えてもよい。 The solar cell module according to another aspect of the present invention further includes a third main surface and a second end surface, is disposed on the second main surface side, and transmits light transmitted from the second main surface to the third main surface. A second light guide that is incident from the surface, propagates, and exits from the second end face; and a second solar cell element that is provided on the second end face and receives light emitted from the second end face. You may prepare.
本発明の一態様における導光体において、前記第2導光体は、前記第3主面と対向する第4主面を有し、前記第2導光体において、前記伝播させ端面から射出させるとは、前記第3主面で反射させ端面から射出させる、前記第4主面で反射させ端面から射出させる、前記第3主面と前記第4主面との間で反射させながら端面から射出させる、もしくは前記第3主面及び前記第4主面のいずれにも入射させることなく端面から射出させる、のいずれかであってもよい。 In the light guide according to the aspect of the present invention, the second light guide has a fourth main surface facing the third main surface, and the second light guide propagates and is emitted from the end surface. Are reflected from the third main surface and emitted from the end surface, reflected from the fourth main surface and emitted from the end surface, and emitted from the end surface while being reflected between the third main surface and the fourth main surface. Or may be emitted from an end face without being incident on any of the third main surface and the fourth main surface.
本発明の他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記異方性光機能材料は、前記第1主面の法線方向から見て、前記異方性光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が前記第1端面を向くように配向されていてもよい。 In the solar cell module according to another aspect of the present invention, the anisotropic light functional material has a direction in which the light emission intensity of light emitted from the anisotropic light functional material is the largest when viewed from the normal direction of the first main surface. It may be oriented to face the first end face.
本発明の他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第2導光体は、前記第4主面に設けられた傾斜面で光を反射して伝播させ、前記第2端面から射出する形状導光体であってもよい。 In the solar cell module according to another aspect of the present invention, the second light guide reflects and propagates light at an inclined surface provided on the fourth main surface, and is emitted from the second end surface. It may be a body.
本発明の他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第2導光体の前記第4主面側には、前記第2導光体の前記第4主面側から透過した光を反射する反射層が設けられていてもよい。 In the solar cell module according to another aspect of the present invention, a reflective layer that reflects light transmitted from the fourth main surface side of the second light guide on the fourth main surface side of the second light guide. May be provided.
本発明の他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第1太陽電池素子と前記第2太陽電池素子とは、共通の太陽電池素子によって構成されていてもよい。 In the solar cell module according to another aspect of the present invention, the first solar cell element and the second solar cell element may be configured by a common solar cell element.
本発明のさらに他の態様における太陽光発電装置は、前記太陽電池モジュールを備える。 The solar power generation device in the further another aspect of this invention is equipped with the said solar cell module.
本発明のさらに他の態様における導光体は、第1主面と、端面を有し、複数の光機能材料を含み、前記複数の光機能材料が、少なくとも光を異方的に発する第1光機能材料と、光を等方的に吸収する第2光機能材料と、を含み、前記第1主面に入射した外光の一部を前記複数の光機能材料によって吸収し、少なくとも前記第1光機能材料から放射された光を伝播させ前記端面から射出させるよう構成されており、前記第1光機能材料は、前記第1光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と前記第1主面の法線とのなす角度が臨界角以上になるように配向されている。 The light guide in still another aspect of the present invention has a first main surface and an end surface, includes a plurality of optical functional materials, and the plurality of optical functional materials emit at least light anisotropically. An optical functional material and a second optical functional material that absorbs light isotropically, and a part of the external light incident on the first main surface is absorbed by the plurality of optical functional materials, The light emitted from one optical functional material is propagated and emitted from the end face, and the first optical functional material has a direction in which the emission intensity of light emitted from the first optical functional material is highest and the It is oriented so that the angle formed with the normal line of the first main surface is not less than the critical angle.
本発明のさらに他の態様における導光体は、前記第1主面と対向する第2主面を有し、前記伝播させ端面から射出させるとは、前記第1主面で反射させ前記端面から射出させる、前記第1主面と対向する第2主面で反射させ前記端面から射出させる、前記第1主面と前記第2主面との間で反射させながら前記端面から射出させる、もしくは前記第1主面及び前記第2主面のいずれにも入射させることなく前記端面から射出させる、のいずれかであってもよい。 The light guide in still another aspect of the present invention has a second main surface facing the first main surface, and the propagation and emission from the end surface means that the light is reflected from the first main surface and is reflected from the end surface. Injecting, reflecting from the second main surface opposite to the first main surface and emitting from the end surface, emitting from the end surface while reflecting between the first main surface and the second main surface, or the Either of the first main surface and the second main surface may be emitted from the end surface without being incident.
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記第2光機能材料とは、光を等方的に吸収する性質を有する材料、もしくは光を異方的に吸収する性質を有するが前記導光体に含まれる材料に対して配向しにくくランダムな状態の光機能材料、のいずれかであってもよい。 In the light guide according to still another aspect of the present invention, the second optical functional material is a material having the property of absorbing light isotropically or having the property of absorbing light anisotropically. Any of the optical functional materials in a random state that is difficult to be oriented with respect to the material included in the light body may be used.
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記第1光機能材料は、前記複数の光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料を含んでもよい。 In the light guide according to still another aspect of the present invention, the first optical functional material may include an optical functional material having a peak wavelength of an emission spectrum that is the largest among the plurality of optical functional materials.
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記第1光機能材料は、前記第1主面の法線方向から見て、前記第1光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が前記端面を向くように配向されていてもよい。 In the light guide according to still another aspect of the present invention, the first optical functional material has the highest light emission intensity of light emitted from the first optical functional material when viewed from the normal direction of the first main surface. You may orientate so that a direction may face the said end surface.
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記第1光機能材料が、二色性蛍光色素からなる光機能材料を含んでもよい。 In the light guide according to still another aspect of the present invention, the first optical functional material may include an optical functional material made of a dichroic fluorescent dye.
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記二色性蛍光色素が、分子長軸と直交する方向が発光強度の最も大きい方向であるポジ型二色性蛍光色素を含んでもよい。 In the light guide in still another aspect of the present invention, the dichroic fluorescent dye may include a positive dichroic fluorescent dye in which the direction perpendicular to the molecular long axis is the direction with the highest emission intensity.
本発明のさらに他の態様における導光体は、さらに、前記第1主面側に設けられ、前記導光体の外部から入射する外光を拡散させる拡散板を含んでもよい。 The light guide in still another aspect of the present invention may further include a diffusion plate that is provided on the first main surface side and diffuses external light incident from the outside of the light guide.
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記複数の光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせ、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料から放射された光を、前記端面から射出させてもよい。 In the light guide in yet another aspect of the present invention, energy is transferred by the Forster mechanism between the plurality of optical functional materials, and the light emitted from the optical functional material having the largest peak wavelength of the emission spectrum is obtained. You may inject from the said end surface.
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記複数の光機能材料のうち、前記最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料以外の1又は複数の光機能材料には、蛍光量子収率が80%以下の光機能材料が含まれていてもよい。 In the light guide in still another aspect of the present invention, among the plurality of optical functional materials, one or a plurality of optical functional materials other than the optical functional material having the largest peak wavelength of the emission spectrum has a fluorescence quantum yield. 80% or less of the optical functional material may be included.
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料の蛍光量子収率は、前記導光体に含まれる他のいずれの光機能材料の蛍光量子収率よりも高くてもよい。 In the light guide in yet another aspect of the present invention, the fluorescence quantum yield of the optical functional material having the largest peak wavelength of the emission spectrum is the fluorescence quantum yield of any other optical functional material included in the light guide. It may be higher than the rate.
本発明のさらに他の態様における導光体は、前記光機能材料が、無機材料からなる光機能材料を含んでもよい。 In the light guide in still another aspect of the present invention, the optical functional material may include an optical functional material made of an inorganic material.
本発明の一態様における導光体において、前記光機能材料が、有機無機ハイブリッド蛍光体からなる光機能材料をふくんでいてもよい。 In the light guide in one embodiment of the present invention, the optical functional material may include an optical functional material made of an organic-inorganic hybrid phosphor.
本発明のさらに他の態様における導光体は、前記無機材料からなる光機能材料が、量子ドットからなる光機能材料を含んでもよい。 In the light guide in still another aspect of the present invention, the optical functional material made of the inorganic material may include an optical functional material made of quantum dots.
本発明のさらに他の態様における導光体は、さらに前記導光体の内部を伝播する光を反射する反射層を含んでもよい。 The light guide in still another aspect of the present invention may further include a reflective layer that reflects light propagating through the light guide.
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記反射層は、入射した光を散乱反射する散乱反射層であってもよい。 In the light guide body according to still another aspect of the present invention, the reflection layer may be a scattering reflection layer that scatters and reflects incident light.
本発明のさらに他の態様における導光体は、さらに前記導光体と前記反射層の間に位相差板を含んでもよい。 The light guide in still another aspect of the present invention may further include a retardation plate between the light guide and the reflective layer.
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記位相差板は、1/4λ板であってもよい。 In the light guide body according to still another aspect of the present invention, the retardation plate may be a 1 / 4λ plate.
本発明のさらに他の態様における導光体は、透明導光体と、前記透明導光体の内部に分散された前記複数の光機能材料と、を含んでもよい。 The light guide in still another aspect of the present invention may include a transparent light guide and the plurality of optical functional materials dispersed inside the transparent light guide.
本発明のさらに他の態様における導光体は、透明導光体と、前記透明導光体の有する第3主面に設けられ、内部に前記複数の光機能材料が分散された光機能材料層と、を含んでもよい。 The light guide in still another aspect of the present invention is provided with a transparent light guide and a third main surface of the transparent light guide, and an optical functional material layer in which the plurality of optical functional materials are dispersed. And may be included.
本発明のさらに他の態様における導光体は、さらに、剥離可能な粘着層を含み、前記透明導光体と前記光機能材料層とは、前記粘着層で接着されていてもよい。 The light guide in still another aspect of the present invention may further include a peelable pressure-sensitive adhesive layer, and the transparent light guide and the optical functional material layer may be bonded by the pressure-sensitive adhesive layer.
本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールは、前記導光体と、前記導光体の端面から射出された前記光を受光する太陽電池素子と、を備えている。 The solar cell module in the further another aspect of this invention is equipped with the said light guide and the solar cell element which light-receives the said light inject | emitted from the end surface of the said light guide.
本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記複数の光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料の発光スペクトルのピーク波長における前記太陽電池素子の分光感度は、前記導光体に備えられた他のいずれの光機能材料の発光スペクトルのピーク波長における前記太陽電池素子の分光感度よりも大きくてもよい。 In the solar cell module according to still another aspect of the present invention, the spectral sensitivity of the solar cell element at the peak wavelength of the emission spectrum of the optical functional material having the largest emission spectrum peak wavelength among the plurality of optical functional materials is calculated as It may be larger than the spectral sensitivity of the solar cell element at the peak wavelength of the emission spectrum of any other optical functional material provided in the light body.
本発明のさらに他の態様における太陽光発電装置は、前記太陽電池モジュールを備えている。 The solar power generation device in the further another aspect of this invention is equipped with the said solar cell module.
本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールは、第1主面と、第2主面と、第1端面を有し、光機能材料を含み、前記第1主面から入射した外光の一部を前記光機能材料によって吸収し、前記光機能材料から放射された光を伝播させて前記第1端面から射出する第1導光体と、第3主面と、第2端面とを有し、前記第1主面と反対側に位置する前記第2主面側に配置され、前記第2主面から透過した光を前記第3主面から入射し、伝播させて前記第2端面から射出する第2導光体と、前記第1端面に設けられて前記第1端面から射出された光を受光する第1太陽電池素子と、前記第2端面に設けられて前記第2端面から射出された光を受光する第2太陽電池素子と、を備える。前記光機能材料は、光を異方的に発する異方性光機能材料を含む。前記異方性光機能材料は、前記異方性光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と前記第1導光体における前記第1主面の法線とのなす角度が臨界角以上になるように配向されている。 A solar cell module according to still another aspect of the present invention includes a first main surface, a second main surface, and a first end surface, includes an optical functional material, and includes one of external light incident from the first main surface. A first light guide that absorbs a portion by the optical functional material, propagates light emitted from the optical functional material, and exits from the first end surface; a third main surface; and a second end surface The light transmitted from the second main surface is incident on the third main surface, propagates, and is emitted from the second end surface, disposed on the second main surface side opposite to the first main surface. A second light guide body, a first solar cell element provided on the first end face for receiving light emitted from the first end face, and provided on the second end face and emitted from the second end face. A second solar cell element that receives the received light. The optical functional material includes an anisotropic optical functional material that emits light anisotropically. In the anisotropic light functional material, an angle formed by a direction in which the emission intensity of light emitted from the anisotropic light functional material is maximum and a normal line of the first main surface of the first light guide is equal to or greater than a critical angle. Is oriented.
本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第1導光体において、前記伝播させ端面から射出させるとは、前記第1主面で反射させ端面から射出させる、前記第2主面で反射させ端面から射出させる、前記第1主面と前記第2主面との間で反射させながら端面から射出させる、もしくは前記第1主面及び前記第2主面のいずれにも入射させることなく端面から射出させる、のいずれかであり、
前記第2導光体は、前記第3主面と対向する第4主面を有し、
前記第2導光体において、前記伝播させ端面から射出させるとは、前記第3主面で反射させ端面から射出させる、前記第4主面で反射させ端面から射出させる、前記第3主面と前記第4主面との間で反射させながら端面から射出させる、もしくは前記第3主面及び前記第4主面のいずれにも入射させることなく端面から射出させる、のいずれかであってもよい。In the solar cell module according to still another aspect of the present invention, in the first light guide, the propagating and emitting from the end surface means reflecting the first main surface and emitting from the end surface. Reflecting and exiting from the end face, reflecting from between the first main face and the second main face, and exiting from the end face, or entering neither the first main face nor the second main face Either from the end face,
The second light guide has a fourth main surface facing the third main surface,
In the second light guide, the propagating and emitting from the end surface means reflecting from the third main surface and emitting from the end surface, reflecting from the fourth main surface and emitting from the end surface, and the third main surface Either the light is emitted from the end surface while being reflected from the fourth main surface, or the light is emitted from the end surface without being incident on either the third main surface or the fourth main surface. .
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記異方性光機能材料は、前記第1主面の法線方向から見て、前記異方性光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が前記第1端面を向くように配向されていいてもよい。 In the solar cell module according to still another aspect of the present invention, the anisotropic light functional material has the highest light emission intensity of light emitted from the anisotropic light functional material when viewed from the normal direction of the first main surface. The direction may be oriented so as to face the first end face.
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記異方性光機能材料が、二色性蛍光色素からなる光機能材料を含んでもよい。 In the solar cell module according to still another aspect of the present invention, the anisotropic light functional material may include a light functional material made of a dichroic fluorescent dye.
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいては、前記二色性蛍光色素が、分子長軸と直交する方向が発光強度の最も大きい方向であるポジ型二色性蛍光色素を含んでいてもよい。 Moreover, in the solar cell module according to still another aspect of the present invention, the dichroic fluorescent dye includes a positive dichroic fluorescent dye in which the direction orthogonal to the molecular long axis is the direction with the highest emission intensity. May be.
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記光機能材料が複数の光機能材料を含み、これら複数の光機能材料のうちの少なくとも一種が前記二色性蛍光色素からなってもよい。 Moreover, in the solar cell module according to still another aspect of the present invention, the optical functional material includes a plurality of optical functional materials, and at least one of the optical functional materials includes the dichroic fluorescent dye. Good.
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記二色性蛍光色素が、前記複数の光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料であってもよい。 In the solar cell module according to still another aspect of the present invention, the dichroic fluorescent dye may be an optical functional material having the largest peak wavelength of the emission spectrum among the plurality of optical functional materials.
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記光機能材料が、前記二色性蛍光色素からなる光機能材料と、光を等方的に吸収する等方性光機能材料とを含んでもよい。 In the solar cell module according to still another aspect of the present invention, the optical functional material may include an optical functional material composed of the dichroic fluorescent dye and an isotropic optical functional material that absorbs light isotropically. Good.
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記等方性光機能材料は、光を等方的に吸収する吸収等方性を有する材料、もしくは光を異方的に吸収する吸収異方性を有するが、前記第1導光体に含まれる材料に対して配向しにくく、ランダムな状態に配置された光機能材料であってもよい。 Further, in the solar cell module according to still another aspect of the present invention, the isotropic light functional material is a material having absorption isotropic property to absorb light isotropically, or an absorption anisotropic material to absorb light anisotropically. However, it may be an optical functional material that is not easily oriented with respect to the material included in the first light guide and is arranged in a random state.
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記光機能材料が、前記二色性蛍光色素からなる複数の光機能材料を含んでもよい。 In the solar cell module according to still another aspect of the present invention, the optical functional material may include a plurality of optical functional materials made of the dichroic fluorescent dye.
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第1導光体では、前記複数の光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせ、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料から放射された光を、前記第1端面から射出させてもよい。 In the solar cell module according to still another aspect of the present invention, the first light guide causes energy transfer by the Forster mechanism between the plurality of optical functional materials, and has the largest peak wavelength of the emission spectrum. The light emitted from the optical functional material may be emitted from the first end face.
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールは、さらに前記第1主面側には、前記第1導光体の外部から入射する外光を拡散させる拡散板を含んでもよい。 The solar cell module according to still another aspect of the present invention may further include a diffusion plate that diffuses external light incident from the outside of the first light guide on the first main surface side.
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第2導光体は、前記第3主面と前記第4主面に設けられた傾斜面とで光を反射して伝播させ、前記第2端面から射出する形状導光体であってもよい。 Moreover, in the solar cell module according to still another aspect of the present invention, the second light guide body reflects and propagates light between the third main surface and the inclined surface provided on the fourth main surface, The shape light guide body inject | emitted from the said 2nd end surface may be sufficient.
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールは、さらに前記第4主面側には、前記第4主面側から透過した光を反射する反射層を含んでもよい。 The solar cell module according to still another aspect of the present invention may further include a reflective layer on the fourth main surface side, which reflects light transmitted from the fourth main surface side.
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第1太陽電池素子と前記第2太陽電池素子とは、共通の太陽電池素子によって構成されていてもよい。 Moreover, the solar cell module in the further another aspect of this invention WHEREIN: The said 1st solar cell element and the said 2nd solar cell element may be comprised by the common solar cell element.
本発明のさらに他の態様における太陽光発電装置は、前記の太陽電池モジュールを備えている。 The solar power generation device in the further another aspect of this invention is equipped with the said solar cell module.
本発明の一態様によれば、光の取り出し効率が高い導光体、発電効率の高い太陽電池モジュールおよびこれを用いた太陽光発電装置を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, a light guide with high light extraction efficiency, a solar cell module with high power generation efficiency, and a solar power generation device using the same can be provided.
本発明の他の態様によれば、第1導光体の後方に第2導光体を配置した構造としているので、入射角度が深い光に関しては第1導光体で集光し、垂直に近い角度の入射光に関しては第2導光体で集光することができる。したがって、光の取り出し効率が高く発電効率が高い太陽電池モジュールを提供するとともに、これを用いた太陽光発電装置を提供することができる。 According to another aspect of the present invention, since the second light guide is arranged behind the first light guide, the light having a deep incident angle is condensed by the first light guide and vertically Near-angle incident light can be condensed by the second light guide. Therefore, it is possible to provide a solar cell module with high light extraction efficiency and high power generation efficiency, and a solar power generation apparatus using the solar cell module.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の太陽電池モジュール11の概略斜視図である。[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic perspective view of the
太陽電池モジュール11は、図1に示すように、導光体14(蛍光導光体)と、太陽電池素子16と、枠体110と、を備えている。太陽電池素子16は、導光体14の端面14cから射出された光を受光する太陽電池素子16。枠体110は、導光体14と太陽電池素子16とを一体に保持する枠体110。
As shown in FIG. 1, the
導光体14は、第1主面14aと、第2主面14bと、端面14cと、を備えている。第1主面14aは、外光Lが入射する光入射面である第1主面14a。第2主面14bは、第1主面14aと対向する。第2主面14b端面14cは、光射出面である端面14c。
The
なお、本実施形態において、導光体14の第1主面14aの面内に平行な方向をx軸方向、x軸方向と直交する方向をy軸方向、第1主面14aと直交する方向(導光体14の厚み方向)をz軸方向、と定義する。
In the present embodiment, the direction parallel to the first
導光体14は、第1主面14a及び第2主面14bを有する略矩形の板状部材である。導光体14の第1主面14a及び第2主面14bは平坦な面である。本実施形態において、導光体14は、液晶性ポリマーからなる基材(透明基板)の内部に、複数の光機能材料を分散させたものである。複数の光機能材料のうち少なくとも1つの光機能材料は蛍光体である。蛍光体から放射された光は、導光体14の内部を伝播して端面14cから射出され、太陽電池素子16で発電に利用される。
The
太陽電池素子16は、受光面を導光体14の4つの端面14cと対向させて配置されている。
太陽電池素子16は、端面14cと光学接着されていることが好ましい。太陽電池素子16としては、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を使用することができる。中でも、化合物半導体を用いた化合物系太陽電池は、高効率な発電が可能であることから、太陽電池素子16として好適である。化合物系太陽電池としては、InGaP、GaAs、InGaAs,AlGaAs、Cu(In,Ga)Se2、Cu(In,Ga)(Se,S)2、CuInS2、CdTe、CdS等が挙げられる。また、量子ドット太陽電池としては、Si、InGaAs等が挙げられる。The
The
図1では、太陽電池素子16を導光体14の4つの端面に設置した例を示したが、太陽電池素子16は導光体14の4の端面のうち一部の端面に設置してもよい。太陽電池素子16を導光体14の一部の端面(1辺、2辺または3辺)に設置する場合には、太陽電池素子が設置されていない端面には、導光体14の内部から導光体14の外部に向けて進行する光を導光体14の内部に向けて反射する反射層を設置することが好ましい。
In FIG. 1, an example in which the
枠体110は、導光体14の第1主面14aと対向する面に光Lを透過する透過面110aを備えている。透過面110aは枠体110の開口部であってもよく、枠体110の開口部に嵌め込まれたガラス等の透明部材であってもよい。導光体14の第1主面14aが光入射面である。
第1主面14aのうち枠体110の透過面110aとZ方向から見て重なる部分が光入射領域である。導光体14の4つの端面14cが導光体14の光射出面である。The
A portion of the first
図2は、太陽電池モジュール11の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
導光体14の内部には、複数の光機能材料が含まれている。複数の光機能材料は、第1光機能材料12と、第2光機能材料18と、を含む。
The
第2光機能材料18は、光を等方的に吸収する性質(吸収等方性)を有する材料である。
または、光を異方的に吸収する性質(吸収異方性)を有するが、導光体の形成材料に対して配向しにくく、ランダムな状態の光機能材料である。The second optical
Alternatively, the optical functional material has a property of absorbing light anisotropically (absorption anisotropy) but is difficult to be oriented with respect to the light guide forming material and is in a random state.
第1光機能材料12は、光を異方的に発光する性質(発光異方性)を有する材料である。
The first optical
本実施形態の場合、導光体14の内部には、光機能材料として、光を等方的に吸収する第2光機能材料18と、光を異方的に発する第1光機能材料12とが含まれている。
In the case of the present embodiment, in the
第2光機能材料18としては、所定の吸収波長域の蛍光体を用いる。蛍光体18は、外光を吸収して蛍光を放射する。蛍光体18は、例えば、導光体14を成型する際に混入される。
As the second optical
第1光機能材料12としては、二色性蛍光色素からなる光機能材料を用いる。「二色性蛍光色素」とは、光を異方的に吸収する性質(吸収異方性)と光を異方的に発する性質(発光異方性)とを有する色素である。本実施形態においては、二色性蛍光色素からなる第1光機能材料として、分子長軸と直交する方向が発光強度の最も大きい方向であるポジ型二色性蛍光色素を用いている。
As the first optical
なお、二色性蛍光色素としては、ポジ型二色性蛍光色素に限らず、種々の二色性蛍光色素を用いることができる。例えば、分子長軸の方向が発光強度の最も大きい方向であるネガ型二色性蛍光色素を用いることもできる。 The dichroic fluorescent dye is not limited to the positive dichroic fluorescent dye, and various dichroic fluorescent dyes can be used. For example, a negative dichroic fluorescent dye in which the direction of the molecular major axis is the direction in which the emission intensity is the highest can be used.
図3A及び図3Bは、二色性蛍光色素の特性を示す図である。図3Aは、二色性蛍光色素の吸収特性を示す図である。図3Bは、二色性蛍光色素の発光特性を示す図である。なお、図3A、図3Bにおいて、符号V1は二色性蛍光色素12の分子長軸であり、符号V2は分子長軸V1と直交する軸である。
3A and 3B are diagrams showing the characteristics of the dichroic fluorescent dye. FIG. 3A is a diagram showing the absorption characteristics of a dichroic fluorescent dye. FIG. 3B is a diagram showing the light emission characteristics of the dichroic fluorescent dye. 3A and 3B, the symbol V1 is the molecular long axis of the dichroic
本実施形態の二色性蛍光色素12は、図3Aに示すように、吸収異方性を有している。例えば、二色性蛍光色素12に対して下方から分子長軸V1に沿う方向に入射する光の吸収特性を見ると、二色性蛍光色素12に入射する前と二色性蛍光色素12を経由した後とにおいて吸収特性を示す曲線の高さがほとんど変化しない。二色性蛍光色素12は、下方から分子長軸V1に沿う方向に入射する光をほとんど吸収しない。
一方、二色性蛍光色素12に対して左側から分子長軸と直交する軸V2に沿う方向に入射する光の吸収特性を見ると、二色性蛍光色素12に入射する前と二色性蛍光色素12を経由した後とでは二色性蛍光色素12を経由した後の方が吸収特性を示す曲線の高さが小さい。二色性蛍光色素12は、左側から分子長軸と直交する軸V2に沿う方向に入射する光については大部分を吸収する。このように、本実施形態の二色性蛍光色素12は、分子長軸V1に沿う方向においては相対的に吸収特性が小さく、分子長軸と直交する軸V2に沿う方向においては相対的に吸収特性が大きい。As shown in FIG. 3A, the dichroic
On the other hand, when the absorption characteristics of light incident on the dichroic
本実施形態の二色性蛍光色素12は、図3Bに示すように、発光異方性を有している。分子長軸V1に沿う方向が発光強度の最も小さい方向となっている。一方、分子長軸と直交する軸V2に沿う方向が発光強度の最も大きい方向となっている。このように、本実施形態の二色性蛍光色素12は、分子長軸V1に沿う方向においては相対的に発光強度が小さく、分子長軸と直交する軸V2に沿う方向においては相対的に発光強度が大きい。
As shown in FIG. 3B, the dichroic
図4は、二色性蛍光色素の配向状態を示す図である。なお、図4において、符号V1は二色性蛍光色素12の分子長軸であり、符号V2は分子長軸V1と直交する軸である。
FIG. 4 is a diagram showing the orientation state of the dichroic fluorescent dye. In FIG. 4, the symbol V1 is the molecular long axis of the dichroic
本実施形態の二色性蛍光色素12は、図4に示すように、分子長軸と直交する軸V2と導光体14の第1主面14aとが平行になるように配向されている。つまり、本実施形態の二色性蛍光色素12は、前記二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が導光体14の第1主面14aと平行になるように配向されている。
As shown in FIG. 4, the dichroic
なお、本実施形態の導光体14は、Z軸に垂直な(XY平面と平行な)第1主面14a及び第2主面14bを有する略矩形の板状部材である。そのため、本実施形態の二色性蛍光色素12は、分子長軸と直交する軸V2と導光体14の第2主面14bとが平行になるように配向されている。つまり、本実施形態の二色性蛍光色素12は、前記二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が導光体14の第2主面14bと平行になるように配向されている。
The
ここで、二色性蛍光色素12を配向させるための方法について一例を挙げて説明する。
二色性蛍光色素12を配向させるため、導光体の形成材料としては液晶高分子等を用いる。例えば、DIC社製の液晶性ポリマー(UCL018)を用いる。
先ず、UCL018(DIC社製高分子液晶)、Coumarin6(二色性蛍光色素)、FC−4430(界面活性剤)、及びトルエンを混合する。各材料の混合割合は、UCL018(40%)、Coumarin6(0.40%)、FC−4430(0.40%)、トルエン(59.2%)とする。
次に、生成した混合溶液を、基板上にスピンキャスト製法を用いて塗布する。塗布条件は20sec、500rpmで製膜し、厚さ1μmの膜を形成する。ただし、製膜条件はこれに限らず、回転時間、回転速度は適宜変更し、膜厚も蛍光色素の光の吸収量に合わせて変えることとする。ここではスピンキャスト製法についての一例の詳細を記載したが、製法はこれに限定せず、スリットコート、ディップコート、ロールコート、バーコート等の製法をとってもよい。
次に、混合溶液を塗布した基板を、ホットプレート上に載置し、処理温度50℃、処理時間1minの条件で熱処理し、混合溶液中の溶媒を蒸発させる。
次に、処理温度を室温まで下げる。
次に、UVランプを用いてi線(365nm)を照射し、処理時間2minで露光する。
以上の工程により、二色性蛍光色素12を配向させることができる。Here, a method for orienting the dichroic
In order to align the dichroic
First, UCL018 (polymer liquid crystal manufactured by DIC), Coumarin 6 (dichroic fluorescent dye), FC-4430 (surfactant), and toluene are mixed. The mixing ratio of each material is UCL018 (40%), Coumarin 6 (0.40%), FC-4430 (0.40%), and toluene (59.2%).
Next, the produced mixed solution is applied onto the substrate using a spin cast manufacturing method. The coating conditions are 20 sec and film formation at 500 rpm to form a film having a thickness of 1 μm. However, the film forming conditions are not limited to this, and the rotation time and the rotation speed are appropriately changed, and the film thickness is also changed in accordance with the light absorption amount of the fluorescent dye. Although details of an example of the spin cast manufacturing method are described here, the manufacturing method is not limited to this, and a manufacturing method such as slit coating, dip coating, roll coating, or bar coating may be used.
Next, the substrate on which the mixed solution is applied is placed on a hot plate and heat-treated under the conditions of a processing temperature of 50 ° C. and a processing time of 1 min to evaporate the solvent in the mixed solution.
Next, the processing temperature is lowered to room temperature.
Next, i-line (365 nm) is irradiated using a UV lamp, and exposure is performed for a processing time of 2 min.
Through the above steps, the dichroic
ここで、二色性蛍光色素12の配向状態を検証するための方法について一例を挙げて説明する。
先ず、二色性蛍光色素12を含む導光体14に対して各方向から所定の波長帯域の光を入射させ、光の入射方向によって光の吸収量が異なるところがあるか否かを検証する。光の吸収量が異なるところがある場合には、その光の波長を調べる。この光の波長が二色性蛍光色素12の吸収波長となる。
次に、導光体14に対して二色性蛍光色素12の吸収波長に相当する光を入射させ、閉じ込め効率(二色性蛍光色素12の光の吸収効率)が、等方発光していると仮定した場合に比べて、高い値を示していることを確認する。(等方発光している場合、導光体の屈折率が1.5のとき閉じ込め効率は75%となる。)
次に、導光体14に対して二色性蛍光色素12の吸収波長以外の波長の光を入射させ、導光体14の端面から射出される光が二色性蛍光色素12の発光波長であることを確認する。
以上のフローにより、二色性蛍光色素12の配向状態を検証することができる。Here, an example is given and demonstrated about the method for verifying the orientation state of the dichroic
First, light of a predetermined wavelength band is incident on the
Next, light corresponding to the absorption wavelength of the dichroic
Next, light having a wavelength other than the absorption wavelength of the dichroic
With the above flow, the orientation state of the dichroic
図5A〜図5Cは、二色性蛍光色素の作用を説明するための図である。図5Aは、蛍光体18(第2光機能材料)と二色性蛍光色素12(第1光機能材料)との間でエネルギー移動が生じる様子を示した図である。図5Bおよび図5Cは、二色性蛍光色素12が発した光が導光体14の内部を伝播する様子を示した図である。なお、図5Cにおいて、符号θは、二色性蛍光色素12が発する光の一部の光L1の進行方向と導光体14の第2主面14bの法線とのなす角度、符号θmは、臨界角である。
5A to 5C are diagrams for explaining the action of the dichroic fluorescent dye. FIG. 5A is a diagram illustrating how energy transfer occurs between the phosphor 18 (second optical functional material) and the dichroic fluorescent dye 12 (first optical functional material). FIG. 5B and FIG. 5C are diagrams showing how the light emitted from the dichroic
図5Aに示すように、導光体14の第1主面14aに入射した外光の一部は、蛍光体18によって吸収される。蛍光体18が外光の一部を吸収すると、蛍光体18から二色性蛍光色素12に向けて励起エネルギーが移動する。
As shown in FIG. 5A, a part of the external light incident on the first
図5Bに示すように、二色性蛍光色素12は、蛍光体18からの励起エネルギーによって光を異方的に発する。本実施形態の二色性蛍光色素12は、この二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が導光体14の第1主面14aと平行になるように配向されている。そのため、二色性蛍光色素12が発する光のうち発光強度の最も大きい光は、太陽電池素子16に直接導かれる。なお、二色性蛍光色素12が蛍光体18からの励起エネルギーによって光を異方的に発する機構については後述する。
As shown in FIG. 5B, the dichroic
図5Cに示すように、二色性蛍光色素12が発する光のうちの大部分の光は、導光体14の第1主面14aまたは第2主面14bへの入射角θが大きくなる。
As shown in FIG. 5C, most of the light emitted from the dichroic
ここで、例えば導光体14を構成する液晶性ポリマーの屈折率が1.5、空気の屈折率を1.0とすると、導光体14の第2主面14bにおける臨界角θm、すなわち導光体14を構成する液晶性ポリマーと空気との界面における臨界角は、スネルの法則から42°程度となる。二色性蛍光色素12が発する光の一部の光L1が第2主面14bに入射した際、第2主面14bへの光L1の入射角が臨界角である42°よりも大きい場合は全反射条件を満たすため、光Lは第2主面14bで全反射する。その後、光Lが第1主面14aと第2主面14bとの間で反射を繰り返し、太陽電池素子16に導かれる。
Here, for example, when the refractive index of the liquid crystalline polymer constituting the
なお、本実施形態の二色性蛍光色素12は、この二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も小さい方向が導光体14の第1主面14aと直交する。二色性蛍光色素12が発する光のうち分子長軸に沿う方向からの光L2が第2主面14bに入射した際、第2主面14bへの光L2の入射角が臨界角である42°よりも小さくなり、全反射条件を満たさなくなるため、光L2は外部空間に射出される。
In the dichroic
すなわち、二色性蛍光色素12が発する光は、第1主面14aまたは第2主面14bへの入射角が臨界角よりも大きい場合は導光体14の内部に閉じ込められ、第1主面14aまたは第2主面14bへの入射角が臨界角よりも小さい場合は外部に射出される。本実施形態において、二色性蛍光色素12は、前記二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が導光体14の第1主面14aと平行になるように配向されている。そのため、二色性蛍光色素12が発する光のうちの大部分の光は、導光体14の第1主面14aまたは第2主面14bへの入射角θが大きくなり、全反射条件を満たすこととなる。よって、二色性蛍光色素12が発する光のうちの大部分の光が、導光体14の内部に閉じ込められ、外部に射出されることなく、太陽電池素子16に導かれる。
That is, the light emitted from the dichroic
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール11では、導光体14の内部に、二色性蛍光色素12が含まれており、前記二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が導光体14の太陽電池素子16が配置された端面を向くように配向されている。本実施形態においては、二色性蛍光色素12が発する光のうち発光強度の最も大きい方向が導光体14の第1主面14aに平行であるため、導光体14に入射した太陽光の大部分が太陽電池素子16に直接導かれる。これにより、導光体14に入射した太陽光の大部分が太陽電池素子16に到達するまでに導光体14を透過してしまうことが抑制される。よって、導光体14に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。したがって、発電効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。
As described above, in the
なお、本実施形態においては、分子長軸と直交する軸V2と導光体14の第1主面14aとが平行になるように配向されている構成を例に挙げて説明したが、これに限らない。
In the present embodiment, the configuration in which the axis V2 orthogonal to the molecular long axis and the first
図6は、二色性蛍光色素の配向状態の他の例を示す図である。なお、図6において、符号V1は二色性蛍光色素12の分子長軸であり、符号V2は分子長軸V1と直交する軸である。
FIG. 6 is a diagram showing another example of the orientation state of the dichroic fluorescent dye. In FIG. 6, symbol V1 is a molecular long axis of the dichroic
例えば、本実施形態の二色性蛍光色素12は、図6に示すように、分子長軸と直交する軸V2と導光体14の第2主面14bの法線とのなす角度θが臨界角θm以上となるように配向されていてもよい。つまり、本実施形態の二色性蛍光色素12は、前記二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と導光体14の第2主面14bの法線のなす角度θが臨界角θm以上となるように配向されていればよい。
For example, in the dichroic
なお、本実施形態の導光体14は、第1主面14a及び第2主面14bを有する略矩形の板状部材である。そのため、本実施形態の二色性蛍光色素12は、分子長軸と直交する軸V2と導光体14の第1主面14aの法線とのなす角度θが臨界角θm以上となるように配向されていてもよい。つまり、本実施形態の二色性蛍光色素12は、前記二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と導光体14の第1主面14aの法線のなす角度θが臨界角θm以上となるように配向されていればよい。
In addition, the
このような配向状態においても、導光体14に入射した太陽光の大部分が太陽電池素子16に到達するまでに導光体14を透過してしまうことが抑制される。よって、導光体14に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。
Even in such an orientation state, most of the sunlight incident on the
例えば太陽電池モジュール11を屋根などに設置して第1主面14aを上に向けて配置した場合に、分子長軸と直交する軸V2と導光体14の第1主面14aとが平行になるように配向されている構成に比べて太陽光を吸収し易い構成とすることが可能となる。すなわち、図39に示すように太陽Sの仰角θsは日本の場合、季節によって約30°〜約80°と変わるが、方向としては分子を傾けて図6中に示した軸V2が太陽S方向に向くように配置することにより、太陽光を吸収し易くすることができる。
For example, when the
また、本実施形態においては、導光体14と太陽電池素子16とを備えた太陽電池モジュール11を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、太陽電池素子16を備えていない構成、すなわち導光体14のみの構成においても本実施形態を適用することができる。この構成によれば、端面からの光の取り出し効率が高い導光体14を提供することができる。
Moreover, in this embodiment, although the
[第2実施形態]
図7は、第2実施形態の太陽電池モジュール11Aの断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール11Aの基本構成は第1実施形態と同様であり、導光体14の内部に2種類の蛍光体(第1蛍光体18a、第2蛍光体18b)が設けられている点が第1実施形態と異なる。図7において、第1実施形態の太陽電池モジュール11と共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Second Embodiment]
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
The basic configuration of the
本実施形態の太陽電池モジュール11Aにおいては、第2光機能材料18として、互いに吸収波長域の異なる複数種類の蛍光体(図7では例えば第1蛍光体18a、第2蛍光体18b)を用いる。
第1蛍光体18aとしては、例えばBASF社製Lumogen F Violet 570(商品名)を用いることができる。
第2蛍光体18bとしては、例えばBASF社製Lumogen F Yellow 083(商品名)を用いることができる。In the
As the
As the
図8は、第2実施形態の太陽電池モジュール11Aで用いられる第2光機能材料(第1蛍光体18a、第2蛍光体18b)の発光スペクトルを示す図である。
図9は、第2実施形態の太陽電池モジュール11Aで用いられる第2光機能材料(第1蛍光体18a、第2蛍光体18b)の吸収スペクトルを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an emission spectrum of the second optical functional material (
FIG. 9 is a diagram showing an absorption spectrum of the second optical functional material (
図8に示すように、第1蛍光体18aの発光スペクトル1101は、430nmにピーク波長を有し、第2蛍光体18bの発光スペクトル1102は、500nmにピーク波長を有する。
図9に示すように、第1蛍光体18aの吸収スペクトル1111は、380nmにピーク波長を有し、第2蛍光体18bの吸収スペクトル1112は、480nmにピーク波長を有する。As shown in FIG. 8, the
As shown in FIG. 9, the
本実施形態の二色性蛍光色素12は、第1蛍光体18a及び第2蛍光体18bからのエネルギー移動によって光を異方的に発する。
二色性蛍光色素12としては、例えば下記の化学式(1)に示す材料を用いることができる。The dichroic
As the dichroic
以下、化学式(1)に示す材料の生成方法について説明する。
先ず下記の化学式(2)に示す材料を用意する。Hereinafter, the production | generation method of the material shown to Chemical formula (1) is demonstrated.
First, a material represented by the following chemical formula (2) is prepared.
次に、化学式(2)に示す材料を、
5-fromylthiophene-2-ylboronic acid,Pd(PPh3)2Cl2,2 M Na2CO3,benzene/EtOHにより化学反応させる。これにより、下記の化学式(3)に示す材料を生成する。Next, the material represented by the chemical formula (2) is
It is chemically reacted with 5-fromylthiophene-2-ylboronic acid, Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 , 2 M Na 2 CO 3 , benzene / EtOH. Thereby, the material shown in the following chemical formula (3) is generated.
次に、化学式(3)に示す材料を、
arylmethyltriphenylphosphonium bromide,KOH,DMSOにより化学反応させる。これにより、本実施形態における化学式(1)に示す二色性蛍光色素12を生成することができる。Next, the material represented by the chemical formula (3) is
Chemical reaction with arylmethyltriphenylphosphonium bromide, KOH, DMSO. Thereby, the dichroic
図10は、第2実施形態の太陽電池モジュール11Aで用いられる第1光機能材料(二色性蛍光色素12)の発光スペクトル及び吸収スペクトルを示す図である。なお、図10において、記号F//は、二色性蛍光色素12の分子長軸に平行な方向における発光特性である。記号F⊥は、二色性蛍光色素12の分子長軸に直交する方向における発光特性である。記号NFは、F//とF⊥の比(F///F⊥)である。また、記号A//は、二色性蛍光色素12の分子長軸に平行な方向における吸収特性である。記号A⊥は、二色性蛍光色素12の分子長軸に直交する方向における吸収特性である。記号NAは、A//とA⊥の比(A///A⊥)である。FIG. 10 is a diagram showing an emission spectrum and an absorption spectrum of the first optical functional material (dichroic fluorescent dye 12) used in the
図10に示すように、二色性蛍光色素12の発光スペクトルは、分子長軸に平行な方向において(F//)、640nmにピーク波長を有する。また、分子長軸に直交する方向において(F⊥)、630nmにピーク波長を有する。
一方、二色性蛍光色素12の吸収スペクトルは、分子長軸に平行な方向において(A//)、530nmにピーク波長を有する。また、分子長軸に直交する方向において(A⊥)、520nmにピーク波長を有する。As shown in FIG. 10, the emission spectrum of the dichroic
On the other hand, the absorption spectrum of the dichroic
本実施形態の太陽電池モジュール11Aにおいても、導光体14に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。
さらに、本実施形態においては、導光体14の内部に、複数種類(2種類)の第2光機能材料(第1蛍光体18a、第2蛍光体18b)が含まれている。これにより、導光体14に入射した太陽光を広い波長範囲で発電に利用することができる。
したがって、発電効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。Also in the
Further, in the present embodiment, a plurality of types (two types) of second optical functional materials (
Therefore, a solar cell module with high power generation efficiency can be provided.
[第3実施形態]
図11は、第3実施形態の太陽電池モジュール11Bの断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール11Bの基本構成は第1実施形態と同様であり、導光体14の内部に3種類の蛍光体(第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18c)が設けられている点が第1実施形態と異なる。図11において、第1実施形態の太陽電池モジュール11と共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Third Embodiment]
FIG. 11 is a cross-sectional view of the
The basic configuration of the
第2光機能材料18としては、互いに吸収波長域の異なる複数種類の蛍光体(図11では例えば第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18c)が分散されている。第1蛍光体18aは、紫外光を吸収して青色の蛍光を放射する。第2蛍光体18bは、青色光を吸収して緑色の蛍光を放射する。第3蛍光体18cは、緑色光を吸収して赤色の蛍光を放射する。第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cは、例えば、導光体を成型する際に混入される。第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cの混合比率は以下の通りである。なお、第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cの混合比率は導光体に対する体積比率で示している。
As the second optical
第1蛍光体18a:BASF社製Lumogen F Violet 570(商品名)0.02%、第2蛍光体18b:BASF社製Lumogen F Yellow 083(商品名)0.02%、第3蛍光体18c:BASF社製Lumogen F Red 305(商品名)0.02%。
本実施形態の二色性蛍光色素12は、第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cからのエネルギー移動によって光を異方的に発する。
以下、二色性蛍光色素12が蛍光体18a,18b,18cからの励起エネルギーによって光を異方的に発する機構について説明する。The dichroic
Hereinafter, a mechanism in which the dichroic
図12ないし図15は、第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cの発光特性及び吸収特性を示す図である。
図12において、曲線1121は、第1蛍光体18aによって紫外光が吸収された後の太陽光のスペクトルを示す。曲線1122は、第2蛍光体18bによって青色光が吸収された後の太陽光のスペクトルを示す。曲線1123は、第3蛍光体18cによって緑色光が吸収された後の太陽光のスペクトルを示す。曲線1124は、太陽光のスペクトルを示す。
図13において、曲線1125は、第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cによって紫外光、青色光及び緑色光が吸収された後の太陽光のスペクトルを示す。曲線1124は、太陽光のスペクトルを示す。
図14において、曲線1126は、第1蛍光体18aの発光スペクトルである。曲線1127は、第2蛍光体18bの発光スペクトルである。曲線1128は、第3蛍光体18cの発光スペクトルである。
図15において、曲線1129は、第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cを含む導光体の端面から射出される光のスペクトルである。12 to 15 are diagrams showing the emission characteristics and absorption characteristics of the
In FIG. 12, a
In FIG. 13, a
In FIG. 14, a
In FIG. 15, a
図12及び図13に示すように、第1蛍光体18aは、概ね420nm以下の波長の光を吸収する。第2蛍光体18bは、概ね420nm以上520nm以下の波長の光を吸収する。第3蛍光体18cは、概ね520nm以上620nm以下の波長の光を吸収する。第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cによって、導光体に入射した太陽光のうち620nm以下の波長の光が概ね全て吸収される。太陽光のスペクトルにおいて波長が620nm以下の光の割合は48%程度である。よって、導光体の光入射面に入射した光のうち48%は導光体に含まれる第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cに吸収される。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
図14に示すように、第1蛍光体18aの発光スペクトルは、430nmにピーク波長を有する。第2蛍光体18bの発光スペクトルは、520nmにピーク波長を有する。第3蛍光体18cの発光スペクトルは、630nmにピーク波長を有する。
しかしながら、図15に示すように、第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cを含む導光体の端面から射出される光のスペクトルは、第3蛍光体18cの発光スペクトルのピーク波長(630nm)に対応する波長にのみピーク波長を有し、第1蛍光体18aの発光スペクトルのピーク波長(430nm)及び第2蛍光体18bの発光スペクトルのピーク波長(520nm)に対応する波長にはピーク波長を有しない。
したがって、ここで用いた3種類の蛍光体間では、フェルスター機構による励起エネルギーの移動が起こり、最も蛍光スペクトルのピーク波長が大きい第3蛍光体から放射された蛍光が得られている。As shown in FIG. 14, the emission spectrum of the
However, as shown in FIG. 15, the spectrum of light emitted from the end face of the light guide including the
Accordingly, excitation energy is transferred between the three types of phosphors used here by the Forster mechanism, and fluorescence emitted from the third phosphor having the largest peak wavelength of the fluorescence spectrum is obtained.
第1蛍光体18aに対応する発光スペクトルのピーク及び第2蛍光体18bに対応する発光スペクトルのピークが消失した原因は、フォトルミネッセンス(Photoluminescence ;PL)による蛍光体間のエネルギー移動や、フェルスター機構(蛍光共鳴エネルギー移動)による蛍光体間のエネルギー移動などが挙げられる。フォトルミネッセンスによるエネルギー移動は、一の蛍光体から放射された蛍光が他の蛍光体の励起エネルギーとして利用されることにより生じるものである。フェルスター機構は、このような光の発光及び吸収のプロセスを経ずに、近接した2つの蛍光体の間で励起エネルギーが電子の共鳴により直接移動するものである。
The cause of the disappearance of the peak of the emission spectrum corresponding to the
本実施形態の二色性蛍光色素12は、第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cからのエネルギー移動によって光を異方的に発する。本実施形態において、第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cから二色性蛍光色素12へのエネルギー移動としては、フォトルミネッセンスによるエネルギー移動、フェルスター機構よるエネルギー移動、のいずれも採用することができる。
The dichroic
フェルスター機構による蛍光体間のエネルギー移動は、光の発光及び吸収のプロセスを介さずに行われるため、最適条件ではエネルギーのロスが小さい。よって、太陽電池モジュールの発電効率の向上に寄与する。本実施形態では、エネルギーロスを抑制して効率よく発電を行うために、第1蛍光体18a、第2蛍光体18bおよび第3蛍光体18cの密度を高くし、蛍光体間でフェルスター機構によるエネルギー移動が行われるようにしている。
Since energy transfer between phosphors by the Förster mechanism is performed without going through light emission and absorption processes, energy loss is small under optimum conditions. Therefore, it contributes to the improvement of the power generation efficiency of the solar cell module. In the present embodiment, in order to efficiently generate power while suppressing energy loss, the density of the
ここで、図16A〜図17Bを用いてフェルスター機構について説明する。図16Aは、フォトルミネッセンスによるエネルギー移動(フォトルミネッセンスによる色変換)を示す図である。図16Bは、フェルスター機構によるエネルギー移動(エネルギー移動による色変換)を示す図である。図17Aは、フェルスター機構によるエネルギー移動の発生機構を説明するための図である。図17Bは、フェルスター機構によるエネルギー移動を示す図である。 Here, the Forster mechanism will be described with reference to FIGS. 16A to 17B. FIG. 16A is a diagram illustrating energy transfer by photoluminescence (color conversion by photoluminescence). FIG. 16B is a diagram illustrating energy transfer (color conversion by energy transfer) by the Forster mechanism. FIG. 17A is a diagram for explaining a generation mechanism of energy transfer by the Forster mechanism. FIG. 17B is a diagram showing energy transfer by the Forster mechanism.
図16Bに示すように、有機分子、無機ナノ粒子、または有機無機ハイブリットの蛍光体では、励起状態にある分子Aから基底状態の分子Bに対してフェルスター機構によってエネルギー移動が生じることがある。蛍光体では、分子Aが励起されたときに、分子Bにエネルギー移動を起こすと、分子Bが発光する。このエネルギー移動は、分子間の距離と分子Aの発光スペクトルと分子Bの吸収スペクトルに依存する。分子Aをホスト分子、分子Bをゲスト分子とするとき、エネルギー移動するときの速度定数kH→G(移動確率)は式(1)のようになる。As shown in FIG. 16B, in an organic molecule, inorganic nanoparticle, or organic-inorganic hybrid phosphor, energy transfer may occur from a molecule A in an excited state to a molecule B in a ground state by a Forster mechanism. In the phosphor, when the molecule A is excited and undergoes energy transfer to the molecule B, the molecule B emits light. This energy transfer depends on the distance between molecules, the emission spectrum of molecule A, and the absorption spectrum of molecule B. When the molecule A is a host molecule and the molecule B is a guest molecule, the rate constant k H → G (movement probability) when energy is transferred is as shown in Equation (1).
なお、式(1)において、νは振動数、f′H(ν)はホスト分子Aの発光スペクトル、ε(ν)はゲスト分子Bの吸収スペクトル、Nはアボガドロ定数、nは屈折率、τ0はホスト分子Aの蛍光寿命、Rは分子間距離、K2は遷移双極子モーメント(ランダム時2/3)である。In equation (1), ν is the frequency, f ′ H (ν) is the emission spectrum of the host molecule A, ε (ν) is the absorption spectrum of the guest molecule B, N is the Avogadro constant, n is the refractive index, τ 0 is the fluorescence lifetime of the host molecule A, R is the intermolecular distance, and K 2 is the transition dipole moment (2/3 at random).
速度定数が大きいと、蛍光体間でエネルギー移動が生じやすくなる。大きな速度定数を得るためには、以下の条件が満たされることが望ましい。
[1]ホスト分子Aの発光スペクトルとゲスト分子の吸収スペクトルの重なりが大きい。
[2]ゲスト分子Bの吸光係数が大きい。
[3]ホスト分子Aとゲスト分子Bとの間の距離が小さい。When the rate constant is large, energy transfer tends to occur between the phosphors. In order to obtain a large rate constant, it is desirable that the following conditions are satisfied.
[1] The overlap between the emission spectrum of the host molecule A and the absorption spectrum of the guest molecule is large.
[2] The extinction coefficient of guest molecule B is large.
[3] The distance between the host molecule A and the guest molecule B is small.
上記[1]は、近接した2つの蛍光体間での共鳴のし易さを表すものである。例えば、図17Aに示すように、ホスト分子Aの発光スペクトルのピーク波長とゲスト分子Bの吸収スペクトルのピーク波長とが近いと、フェルスター機構によるエネルギー移動が生じやすくなる。図17Bに示すように、励起状態のホスト分子Aの近くに基底状態のゲスト分子Bが存在すると、共鳴的性質によりゲスト分子Aの波動関数が変化し、基底状態のホスト分子Aと励起状態のゲスト分子Bができる。これにより、ホスト分子Aとゲスト分子Bとの間でエネルギー移動が生じ、ゲスト分子Bが発光する。 The above [1] represents the ease of resonance between two adjacent phosphors. For example, as shown in FIG. 17A, when the peak wavelength of the emission spectrum of the host molecule A is close to the peak wavelength of the absorption spectrum of the guest molecule B, energy transfer due to the Forster mechanism is likely to occur. As shown in FIG. 17B, when the guest molecule B in the ground state exists near the host molecule A in the excited state, the wave function of the guest molecule A changes due to the resonance property, and the host molecule A in the ground state and the excited state in the excited state. Guest molecule B is formed. Thereby, energy transfer occurs between the host molecule A and the guest molecule B, and the guest molecule B emits light.
上記[3]において、フェルスター機構によるエネルギー移動が起こる分子間距離は、通常、10nm程度である。条件が合えば、分子間距離が20nm程度であってもエネルギー移動は起きる。上述した第1蛍光体、第2蛍光体及び第3蛍光体の混合比率であれば、蛍光体間の距離は20nmよりも短くなる。よって、フェルスター機構によるエネルギー移動は十分に生じうる。また、図13及び図15に示した第1蛍光体、第2蛍光体及び第3蛍光体の発光スペクトル及び吸収スペクトルは、上記[1]の条件を十分に満たしている。よって、第1蛍光体から第2蛍光体へのエネルギー移動、及び、第2蛍光体から第3蛍光体へのエネルギー移動が生じ、第1蛍光体、第2蛍光体、第3蛍光体の順にカスケード型のエネルギー移動が生じる。 In the above [3], the intermolecular distance at which energy transfer by the Forster mechanism occurs is usually about 10 nm. If the conditions are met, energy transfer occurs even when the intermolecular distance is about 20 nm. If the mixing ratio of the first phosphor, the second phosphor, and the third phosphor described above is used, the distance between the phosphors is shorter than 20 nm. Therefore, energy transfer by the Forster mechanism can occur sufficiently. Moreover, the emission spectrum and absorption spectrum of the first phosphor, the second phosphor, and the third phosphor shown in FIGS. 13 and 15 sufficiently satisfy the condition [1]. Therefore, energy transfer from the first phosphor to the second phosphor and energy transfer from the second phosphor to the third phosphor occur, and the first phosphor, the second phosphor, and the third phosphor in this order. Cascade type energy transfer occurs.
導光体では、3つの異なる発光スペクトルを有する蛍光体(第1蛍光体、第2蛍光体、第3蛍光体)を混入しているにもかかわらず、フェルスター機構によるエネルギー移動により、実質的には第3蛍光体の発光のみが生じる。第3蛍光体の発光量子効率は例えば92%である。よって、導光体に第1蛍光体、第2蛍光体及び第3蛍光体を混入することで、620nmまでの波長領域の光を吸収し、92%の効率でピーク波長が630nmの赤色の発光を生じさせることができる。 In the light guide, although the phosphors having the three different emission spectra (the first phosphor, the second phosphor, and the third phosphor) are mixed, the light guide is substantially affected by the energy transfer by the Förster mechanism. In this case, only the emission of the third phosphor occurs. The emission quantum efficiency of the third phosphor is, for example, 92%. Therefore, by mixing the first phosphor, the second phosphor, and the third phosphor in the light guide, light in the wavelength region up to 620 nm is absorbed, and red light emission with a peak wavelength of 630 nm is achieved with an efficiency of 92%. Can be generated.
このようなエネルギー移動現象は、有機の蛍光体に特有の現象で、一般的に無機の蛍光体では起こらないとされているが、量子ドットなどのいくつかの無機ナノ粒子の蛍光体においてはフェルスター機構により、無機材料間、或いは、無機材料と有機材料との間でエネルギー移動を生じるものが知られている。 This type of energy transfer phenomenon is unique to organic phosphors and is generally considered not to occur in inorganic phosphors, but in some inorganic nanoparticle phosphors such as quantum dots, Those that cause energy transfer between inorganic materials or between inorganic materials and organic materials by a star mechanism are known.
例えば、ZnO/MgZnOコア・シェル構造の2種類の異なったサイズの量子ドットの間でエネルギー移動が起こる。1:√2の寸法比を持つ量子ドットは共鳴する励起子準位を持つため、例えば半径3nm(発光スペクトルのピーク波長:350nm)と半径4.5nm(発光スペクトルのピーク波長:357nm)の2種類の量子ドットの間では、小さい量子ドットから大きい量子ドットへエネルギー移動が起こる。またCdSe/ZnSコア・シェル構造の2種類の異なったサイズの量子ドットの間でもエネルギー移動が起こる。また、直径8nmないし9nmのMn2+ドープZnSe量子ドットは、450nmと580nmに発光ピークを持ち、色素分子である1’,3’−dihydro−1’,3’,3’−trimethyl−6−nitrospiro[2H−1−benzopyran−‘2,2’−(2H]−indole] に紫外線を照射して得られる開環型のSpiropyran分子(SPO open; Merocynanine form)の光吸収スペクトルとよく一致し、量子ドットから色素分子へのエネルギー移動が起こる。一般に、無機の蛍光体は、有機の蛍光体に比べて耐光性が優れるため、長期間使用する場合に有利である。
For example, energy transfer occurs between two different sized quantum dots in a ZnO / MgZnO core-shell structure. Since a quantum dot having a dimensional ratio of 1: √2 has a resonating exciton level, for example, 2 having a radius of 3 nm (peak wavelength of emission spectrum: 350 nm) and a radius of 4.5 nm (peak wavelength of emission spectrum: 357 nm). Between types of quantum dots, energy transfer occurs from small to large quantum dots. Energy transfer also occurs between two different sized quantum dots of the CdSe / ZnS core-shell structure. In addition, Mn2 + doped ZnSe quantum dots having a diameter of 8 nm to 9 nm have emission peaks at 450 nm and 580 nm, and are
通常、2種類の蛍光体を混入した場合には、図16Aのように、まず蛍光体Aがある効率で発光し、蛍光体Bに入射し、蛍光体Bで光の吸収及び発光のプロセスを経ることによって、蛍光体Bから光が放射される。このようなフォトルミネッセンスによるエネルギー移動は、蛍光体Aにおける光の発光プロセス及び蛍光体Bにおける光の吸収プロセスでエネルギーのロスが生じ、エネルギー移動効率が小さい。 Normally, when two kinds of phosphors are mixed, as shown in FIG. 16A, the phosphor A first emits light with a certain efficiency, enters the phosphor B, and the phosphor B absorbs and emits light. As a result, light is emitted from the phosphor B. In such energy transfer by photoluminescence, energy loss occurs in the light emission process in the phosphor A and the light absorption process in the phosphor B, and the energy transfer efficiency is small.
一方、図16Bに示したフェルスター機構によるエネルギー移動は、蛍光体間でダイレクトにエネルギーのみが移動するので、エネルギー移動効率はほぼ100%にすることが可能であり、高効率にエネルギー移動を生じさせることができる。 On the other hand, in the energy transfer by the Forster mechanism shown in FIG. 16B, only the energy moves directly between the phosphors, so that the energy transfer efficiency can be almost 100%, resulting in the energy transfer with high efficiency. Can be made.
また、フェルスター機構によるエネルギー移動は、蛍光体のような発光材料だけでなく、外光によって励起されるが、光を発生せずに失活する非発光体においても生じる。最終的な発電量は、ゲスト分子の蛍光量子収率によって決まり、ホスト分子の蛍光量子収率には依存しない。よって、ゲスト分子のみを蛍光量子収率の高い蛍光体で構成し、ホスト分子を蛍光量子収率の低い蛍光体又は蛍光を発しない非発光体で構成しても、同じ発電量が得られる。よって、フォトルミネッセンスによりエネルギー移動を行う場合のように、全ての蛍光体に対して高い蛍光量子収率が求められる場合に比べて、ホスト分子の材料選択の幅が広がる。 In addition, energy transfer by the Forster mechanism occurs not only in a light-emitting material such as a phosphor but also in a non-light-emitting body that is excited by external light but deactivates without generating light. The final power generation amount depends on the fluorescence quantum yield of the guest molecule and does not depend on the fluorescence quantum yield of the host molecule. Therefore, even if only the guest molecule is composed of a phosphor having a high fluorescence quantum yield and the host molecule is composed of a phosphor having a low fluorescence quantum yield or a non-light emitting material that does not emit fluorescence, the same amount of power generation can be obtained. Therefore, as compared with the case where a high fluorescence quantum yield is required for all phosphors, such as when energy transfer is performed by photoluminescence, the range of material selection for the host molecule is widened.
図18は、太陽電池素子16の一例であるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度曲線1134を、第1蛍光体の発光スペクトル1131、第2蛍光体の発光スペクトル1132および第3蛍光体の発光スペクトル1133とともに示す図である。
FIG. 18 shows a
導光体14の端面14cから射出される光L1のスペクトルは、第3蛍光体18cの発光スペクトル1133と概ね一致する。よって、太陽電池素子16は、第3蛍光体18cの発光スペクトル1133のピーク波長(630nm)において高い感度を有するものであればよい。図18に示すように、アモルファスシリコン太陽電池は600nm付近の波長の光に対して最も高い分光感度を有する。第1蛍光体の発光スペクトル1131のピーク波長、第2蛍光体の発光スペクトル1132のピーク波長および第3蛍光体の発光スペクトル1133のピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度1134を比較すると、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第3蛍光体の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度は、導光体に備えられた他のいずれの蛍光体(第1蛍光体、第2蛍光体)の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度よりも大きい。そのため、太陽電池素子16としてアモルファスシリコン太陽電池を用いれば、高い効率で発電を行うことができる。
The spectrum of the light L1 emitted from the
太陽電池素子16に適用する太陽電池の種類は、前記太陽電池素子に入射する光の波長に応じて決定される。図18では、太陽電池素子16としてアモルファスシリコン太陽電池を用いたが、太陽電池素子16はこれに限られない。
The type of solar cell applied to the
図19は、太陽電池素子16として利用可能な種々の太陽電池の分光感度曲線を示す図である。図20は、これらの太陽電池のエネルギー変換効率ηλを示す図である。図19において、符号1141は、単結晶シリコン太陽電池の分光感度曲線を示す。符号1142は、アモルファスシリコン太陽電池(単接合)の分光感度曲線を示す。符号1143は、ガリウムヒ素太陽電池(単接合)の分光感度曲線を示す。符号1144は、カドミウムテルル太陽電池の分光感度曲線を示す。符号1145は、Cu(In,Ga)(Se,S)2太陽電池の分光感度曲線を示す。図20において、符号1151は、単結晶シリコン太陽電池のエネルギー変換効率ηλを示す。符号1152は、アモルファスシリコン太陽電池(単接合)のエネルギー変換効率ηλを示す。符号1153は、ガリウムヒ素太陽電池(単接合)のエネルギー変換効率ηλを示す。符号1154は、カドミウムテルル太陽電池のエネルギー変換効率ηλを示す。符号1155は、Cu(In,Ga)(Se,S)2太陽電池のエネルギー変換効率ηλを示す。FIG. 19 is a diagram showing spectral sensitivity curves of various solar cells that can be used as the
図19および図20に示した太陽電池では、最も発光スペクトルのピーク波長が大きい第3蛍光体18cの発光スペクトルのピーク波長(630nm)における太陽電池の分光感度およびエネルギー変換効率は、導光体14に備えられた他のいずれの蛍光体(第1蛍光体18a、第2蛍光体18b)の発光スペクトルのピーク波長における太陽電池の分光感度およびエネルギー変換効率よりも大きい。そのため、太陽電池素子16として、これらの太陽電池を用いれば、高い効率で発電を行うことができる。
In the solar cells shown in FIGS. 19 and 20, the spectral sensitivity and energy conversion efficiency of the solar cell at the peak wavelength (630 nm) of the emission spectrum of the
図19および図20は、太陽電池素子16として利用可能な太陽電池の一例であり、これ以外の太陽電池を用いることも勿論可能である。太陽電池素子16としては、色素増感型太陽電池や有機系太陽電池など、太陽光の全波長領域に対しては高い分光感度を有することはできないが、特定の狭い波長領域の光に対しては非常に高い分光感度を有するような太陽電池を積極的に使用することも可能である。
19 and 20 are examples of solar cells that can be used as the
本実施形態の太陽電池モジュール11Bにおいても、導光体14に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。
さらに、本実施形態においては、導光体14の内部に、複数種類(3種類)の第2光機能材料(第1蛍光体18a、第2蛍光体18b、第3蛍光体18c)が含まれている。これにより、導光体14に入射した太陽光を広い波長範囲で発電に利用することができる。
したがって、発電効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。Also in the
Further, in the present embodiment, a plurality of types (three types) of second optical functional materials (
Therefore, a solar cell module with high power generation efficiency can be provided.
また、本実施形態の太陽電池モジュール11Bでは、第1主面14aに入射した外光Lの一部を複数の光機能材料(第1蛍光体18a、第2蛍光体18b、第3蛍光体18c)によって吸収し、複数の光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせ、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料(第3蛍光体18c)から放射された光を二色性蛍光色素12により指向性を高めて導光体14の端面14cに集光させて太陽電池素子16に入射させている。そのため、太陽電池素子16としては、限定された狭い波長範囲において非常に高い分光感度を有する太陽電池を用いることができる。
In the
なお、本実施形態においては、導光体14の内部に、3種類の第2光機能材料(第1蛍光体18a、第2蛍光体18b、第3蛍光体18c)が含まれている構成を例に挙げたが、これに限らない。例えば、導光体14の内部に、4種類以上の複数種類の第2光機能材料が含まれている構成においても本実施形態を適用可能である。
In the present embodiment, the
[第4実施形態]
図21は、第4実施形態の太陽電池モジュール11Cの断面図である。本実施形態の太陽電池モジュール11Cの基本構成は第3実施形態と同様であり、導光体14の第1主面14a側に拡散板13が設けられている点が第1実施形態と異なる。図21において、第3実施形態の太陽電池モジュール11Bと共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Fourth Embodiment]
FIG. 21 is a cross-sectional view of the
図21に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール11Cにおいては、導光体14の第1主面14a側に、拡散板13が空気層を介して設けられている。導光体14と拡散板13との間に空気層が存在することにより、二色性蛍光色素12が発する光が導光体14と空気層との界面で全反射条件を満たしやすくなる。
As shown in FIG. 21, in the
なお、本実施形態においては、導光体14の第1主面14a側に拡散板13が空気層を介して設けられているが、これに限らない。例えば、導光体14の第1主面14aに拡散板13が空気層を介さずに直接接触して設けられていてもよい。
In the present embodiment, the
拡散板13は、例えばアクリル樹脂等のバインダー樹脂の内部に多数のアクリルビーズ等の光散乱体が分散されて構成されている。拡散板13の厚みは一例として20μm程度であり、球状の光散乱体の球径は0.5μm〜20μm程度である。拡散板13は、外光を導光体14の外部から導光体14の内部に向けて等方的に拡散させる。
The diffusing
なお、光散乱体は、これに限らず、アクリル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ビニル系ポリマー、セルロース系ポリマー、アミド系ポリマー、フッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマー、イミド系ポリマーなどからなる樹脂片、ガラスビーズ等の適宜な透明の物質で構成されていてもよい。また、これら透明な物質以外でも、光の吸収の無い散乱体、反射体を用いることができる。個々の光散乱体の形状は、例えば、球形、楕円球形、平板形、多角形立方体など、各種形状に形成することができる。光散乱体のサイズも均一あるいは不均一になるように形成されていればよい。 The light scatterer is not limited to this, and is made of an acrylic polymer, an olefin polymer, a vinyl polymer, a cellulose polymer, an amide polymer, a fluorine polymer, a urethane polymer, a silicone polymer, an imide polymer, or the like. You may be comprised with appropriate transparent substances, such as a resin piece and a glass bead. In addition to these transparent substances, scatterers and reflectors that do not absorb light can be used. The shape of each light scatterer can be formed in various shapes such as a spherical shape, an elliptical spherical shape, a flat plate shape, and a polygonal cube. It is only necessary that the size of the light scatterer is uniform or nonuniform.
図22は、拡散板の作用を説明するための図である。なお、図22においては、便宜上、蛍光体の図示を省略している。
本実施形態の場合、図22に示すように、導光体14の第1主面14a側には拡散板13が配置されている。これにより、太陽電池モジュール11C(拡散板13)に対して垂直に入射する光は、拡散板13で拡散した後、導光体14の内部に入射する。このため、二色性蛍光色素12には様々な角度の光が入射する。つまり、二色性蛍光色素12が吸収しやすい方向の光の割合が拡散板がないときと比べて大きくなる。そのため、分子長軸V1に沿う方向においては相対的に吸収特性が小さく、分子長軸と直交する軸V2に沿う方向においては相対的に吸収特性が大きい吸収特性を有する二色性蛍光色素12であっても、太陽電池モジュール11A(拡散板13)に対して垂直に入射する光の一部を吸収することが可能となる。FIG. 22 is a diagram for explaining the operation of the diffusion plate. In FIG. 22, the phosphor is not shown for convenience.
In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 22, the
本実施形態の太陽電池モジュール11Cでは、拡散板13が設けられているため、第3実施形態の構成に比べて、導光体14の第1主面14aに入射した外光の一部が二色性蛍光色素12に吸収される割合が多くなる。二色性蛍光色素12が外光の一部を吸収すると、光を異方的に発する。本実施形態の二色性蛍光色素12においても、前記二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が導光体14の第1主面14aと平行になるように配向されているため、二色性蛍光色素12が発する光のうち発光強度の最も大きい光は、太陽電池素子16に直接導かれる。したがって、導光体14に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。
In the
[第5実施形態]
図23は、第5実施形態の太陽電池モジュール11Dの断面図である。本実施形態の太陽電池モジュール11Dの基本構成は第4実施形態と同様であり、導光体14の第2主面14b側に反射層15が設けられている点が第4実施形態と異なる。図23において、第4実施形態の太陽電池モジュール11Cと共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Fifth Embodiment]
FIG. 23 is a cross-sectional view of the
図23に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール11Dにおいては、導光体14の第2主面14b側に、反射層15が空気層を介して設けられている。導光体14と反射層15との間に空気層が存在することにより、二色性蛍光色素12が発する光が導光体14と空気層との界面で全反射条件を満たしやすくなる。
As shown in FIG. 23, in the
なお、本実施形態においては、導光体14の第2主面14b側に反射層15が空気層を介して設けられているが、これに限らない。例えば、導光体14の第2主面14bに反射層15が空気層を介さずに直接接触して設けられていてもよい。
In the present embodiment, the
反射層15は、導光体14の内部を伝播する光を反射する。また、第1主面14aから入射したが光機能材料に吸収されずに第2主面14bから射出した光も導光体14の内部に向けて反射する。
The
反射層15としては、銀やアルミニウムなどの金属膜からなる反射層や、ESR(Enhanced Specular Reflector)反射フィルム(3M社製)などの誘電体多層膜からなる反射層などを用いることができる。反射層15は、入射した光を鏡面反射する鏡面反射層でもよいし、入射した光を散乱反射する散乱反射層でもよい。反射層15に散乱反射層を用いた場合には、太陽電池素子16の方向に直接向かう光の光量が増えるため、太陽電池素子16への集光効率が高まり、発電量が増加する。また、反射光が散乱されるため、時間や季節による発電量の変化が平均化される。なお、散乱反射層としては、マイクロ発泡PET(ポリエチレン−テレフタレート)(古河電工社製)などを用いることができる。
As the
本実施形態の太陽電池モジュール11Dによれば、反射層15により、導光体14の内部から導光体14の外部に向けて進行する光、第1主面14aから入射し光機能材料に吸収されずに第2主面14bから射出した光が導光体14の内部に向けて反射される。そのため、導光体14に入射した太陽光の大部分が太陽電池素子16に到達するまでに外部に漏れてしまうことが抑制される。よって、導光体14に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。
According to the
また、反射層15に散乱反射層を用いることにより、反射光が散乱されるため、導光体14の第1主面14aに入射した外光の一部が二色性蛍光色素12に吸収される割合が多くなる。
二色性蛍光色素12が外光の一部を吸収すると、光を異方的に発し、前記二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい光は太陽電池素子16に直接導かれる。したがって、導光体14に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。Further, since the reflected light is scattered by using the scattering reflection layer for the
When the dichroic
[第6実施形態]
図24は、第6実施形態の太陽電池モジュール11Eの断面図である。本実施形態の太陽電池モジュール11Eの基本構成は第5実施形態と同様であり、導光体14の第2主面14b側に拡散板13が設けられている点が第5実施形態と異なる。図24において、第5実施形態の太陽電池モジュール11Dと共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Sixth Embodiment]
FIG. 24 is a cross-sectional view of the
図24に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール11Eにおいては、導光体14の第2主面14b側に、反射層15が空気層を介して設けられている。つまり、本実施形態の太陽電池モジュール11Eは、第3実施形態の構成において、第4実施形態に係る導光体14の第1主面14a側に拡散板13が設けられた構成と、第5実施形態に係る導光体14の第2主面14b側に反射層15が設けられた構成とが組み合わされた構成となっている。
As shown in FIG. 24, in the
本実施形態の太陽電池モジュール11Eにおいても、導光体14に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる、といった上記第4実施形態及び第5実施形態と同様の効果を奏する。なお、本実施形態においては、拡散板13及び反射層15が設けられているため、前記効果は顕著なものとなる。
Also in the
[第7実施形態]
図34は、第7実施形態の太陽電池モジュール11Hの断面図である。本実施形態の太陽電池モジュール11Hの基本構成は第5実施形態と同様であり、導光体14の第2主面14bと反射層15との間に1/4λ板19が設けられている点が第5実施形態と異なる。図34において、第5実施形態の太陽電池モジュール11Dと共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Seventh Embodiment]
FIG. 34 is a cross-sectional view of the
図24に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール11Eにおいては、導光体14の第2主面14bと反射層15との間に、それぞれ空気層を介して1/4λ板19が設けられている。つまり、1/4λ板19は、空気層を介して導光体14の第2主面14bと隣接する。1/4λ板19は、空気層を介して反射層15と隣接する。
As shown in FIG. 24, in the
導光体14の第2主面14bと反射層15との間に、1/4λ板19を設けた場合の光の伝播について図35A〜図35Eを参照して説明する。
Light propagation in the case where the
導光体14は、二色性蛍光色素12が垂直配向しているため、Z軸と平行に入射した光に対しては偏光板として機能しないが、Z軸に対して斜めに入射した光に対しては偏光板として機能する。そのため図35Aおよび図35Bに示すように、非偏光である太陽光Lが導光体14を透過すると、直線偏光L11となる。直線偏光L11は、図35Cに示すように、1/4λ板19を透過することで円偏光L12となる。円偏光L12は、図35Dに示すように、反射層15で反射され、円偏光12とは旋光方向が異なる円偏光L13となる。図35Eに示すように、円偏光L13が再度1/4λ板19に入射することで直線偏光L14となるが、直線偏光L14は、直線偏光L11とは偏向方向が異なる(理想的には90°異なる)。したがって、導光体14から射出され1/4λ板19を介することなく反射層15で反射した光と比較して、直線偏光L14は、二色性蛍光色素12に吸収されやすくなる。
Since the dichroic
なお、本実施形態においては1/4λ板19を用いたが、本実施形態はこれに限定されず、その他の位相差板を用いてもよい。例えば、1/4λ板19の代わりに、1/8λ板、5/8λ板、3/4λ板等を用いてもよい。
In the present embodiment, the
また第5実施形態と同様に、反射層15は、散乱反射層であってもよい。
As in the fifth embodiment, the
本実施形態の太陽電池モジュール11Hにおいても、導光体14に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる、といった上記第4実施形態及び第5実施形態と同様の効果を奏する。なお、本実施形態においては、反射層15及び1/4λ板19が設けられているため、前記効果は顕著なものとなる。
Also in the
[第8実施形態]
図25は、第8実施形態の太陽電池モジュール11Fの断面図である。本実施形態の太陽電池モジュール11Fの基本構成は第3実施形態と同様であり、導光体14の内部に2種類の二色性蛍光色素(第1二色性蛍光色素112a、第2二色性蛍光色素112b)が設けられている点が第3実施形態と異なる。図25において、第3実施形態の太陽電池モジュール11Bと共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Eighth Embodiment]
FIG. 25 is a cross-sectional view of the
第3実施形態の太陽電池モジュール11Bでは、第1主面14aに入射した外光Lの一部を複数の第2光機能材料(第1蛍光体18a、第2蛍光体18b、第3蛍光体18c)によって吸収し、複数の第2光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせていた。そして、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第2光機能材料(第3蛍光体18c)から放射された光を二色性蛍光色素12(第1光機能材料)により指向性を高めて導光体14の端面14cに集光させて太陽電池素子16に入射させていた。
In the
これに対し、本実施形態の太陽電池モジュール11Fでは、第1主面14aに入射した外光Lの一部を複数の第2光機能材料(第1蛍光体18a、第2蛍光体18b、第3蛍光体18c)によって吸収し、複数の第2光機能材料の一部の第2光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせている。そして、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第2光機能材料から放射された光を第1二色性蛍光色素112a(第1光機能材料)により指向性を高めて導光体14の端面14cに集光させて太陽電池素子16に入射させている。さらに、複数の第2光機能材料の残りの一部の第2光機能材料の間でフォトルミネッセンス機構によるエネルギー移動を生じさせている。そして、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第2光機能材料から放射された光を第2二色性蛍光色素112b(第1光機能材料)により指向性を高めて導光体14の端面14cに集光させて太陽電池素子16に入射させている。すなわち、本実施形態においては、フェルスター機構によるエネルギー移動及びフォトルミネッセンス機構によるエネルギー移動の双方のエネルギー移動を生じさせている。
On the other hand, in the
本実施形態の太陽電池モジュール11Fにおいても、導光体14に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる、といった第3実施形態と同様の効果を奏する。さらに、本実施形態においては、2種類の二色性蛍光色素112a,112bを用いることで、フェルスター機構によるエネルギー移動に加えてフォトルミネッセンス機構によるエネルギー移動により第1主面14aに入射した外光のエネルギーを伝播することを可能にしている。
したがって、発電効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。Also in the
Therefore, a solar cell module with high power generation efficiency can be provided.
[第9実施形態]
図26は、第9実施形態の太陽電池モジュール11Gの断面図である。
図27は、第9実施形態の太陽電池モジュール11Gで用いられる光機能材料の発光スペクトルおよび太陽電池素子の分光感度を示す図である。
本実施形態の太陽電池モジュール11Gの基本構成は第1実施形態と同様であり、導光体14の内部に2種類の蛍光体(第1蛍光体18d、第2蛍光体18e)が設けられている点が第1実施形態と異なる。図26において、第1実施形態の太陽電池モジュール11と共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Ninth Embodiment]
FIG. 26 is a cross-sectional view of the
FIG. 27 is a diagram illustrating an emission spectrum of an optical functional material used in the
The basic configuration of the
第3実施形態の太陽電池モジュール11Bでは、導光体14に備えられる複数の第2光機能材料として、いずれも蛍光量子収率の高い3つの蛍光体(第1蛍光体18a、第2蛍光体18b、第3蛍光体18c)を用いた。それに対して、本実施形態の太陽電池モジュール11Gでは、導光体に備えられる複数の第2光機能材料として、蛍光量子収率の低い第1蛍光体18dと、蛍光量子収率の高い第2蛍光体18eが用いられている。第1蛍光体18dはホスト分子であり、第2蛍光体18eはゲスト分子であり、第1蛍光体18dと第2蛍光体18eとの間でフェルスター機構によるエネルギー移動が生じ、実質的に、ゲスト分子である第2蛍光体18eのみが発光する。本実施形態においては、第2蛍光体18eから放射された光を二色性蛍光色素12(第1光機能材料)により指向性を高めて導光体14の端面14cに集光させて太陽電池素子16に入射させている。
In the
第1蛍光体18dは、例えばNPB(N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene)である。第1蛍光体18dの蛍光量子収率は42%であり、第1蛍光体18dの発光スペクトルのピーク波長1161は430nmである。第2蛍光体18eは、例えばルブレンである。第2蛍光体18eの蛍光量子収率は100%近い高い蛍光量子収率であり、第2蛍光体18eの発光スペクトル1162のピーク波長は560nmである。第1蛍光体18dに対して第2蛍光体18eの含有量は2%とされている。本実施形態の導光体は、例えば、厚さ2mmのガラス基板などからなる透明導光体の第1主面に、第1蛍光体18dと第2蛍光体18eとを含む光機能材料層を5μmの厚みで成膜し、光機能材料層の表面に透明保護膜としてパリレンを1μmの厚みで成膜することにより形成される。
The
太陽電池素子16としては、アモルファスシリコン太陽電池が用いられている。第1蛍光体18dおよび第2蛍光体18eの発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度1163を比較すると、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第2蛍光体18eの発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度は、第1蛍光体18dの発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度よりも大きい。そのため、太陽電池素子16としてアモルファスシリコン太陽電池を用いれば、高い効率で発電を行うことができる。
As the
本実施形態の太陽電池モジュール11Gにおいては、ホスト分子である第1蛍光体18dの蛍光量子収率は42%と非常に小さいが、フェルスター機構によるエネルギー移動では、最終的な発電量は、ゲスト分子の蛍光量子収率によって決まり、ホスト分子の蛍光量子収率には依存しない。よって、ゲスト分子のみを蛍光量子収率の高い蛍光体で構成すれば、ホスト分子を蛍光量子収率の低い蛍光体で構成しても、同じ発電量が得られる。一般に、蛍光体は発光体として利用されるので、蛍光量子収率の低い蛍光体は使用することができないが、本実施形態のように、発光させずにエネルギーのみをダイレクトに移動させる場合には、蛍光量子収率が低くても、最終的な発電量は変わらないので、使用することが可能となる。一般に、蛍光量子収率の高い蛍光体は、価格が高く、耐光性が低く、寿命の短いものが多いので、保守の費用が高くなる。一方で蛍光量子収率の低い蛍光体は、価格が低く、材料も豊富で、耐光性が高く、寿命の長いものが多いので、保守の費用を少なくすることができる。
In the
第1蛍光体18dとしては、蛍光量子収率が90%未満のもの、より好ましくは、蛍光量子収率が80%以下のものを用いることが好ましい。一般に、太陽電池の寿命は変換効率が初期値の90%になるまでの時間とされていることから、導光体においても蛍光体の発光強度が10%落ちるまでの時間を寿命とみなすことができる。蛍光体は、通常、発光体としての利用が前提となるので、蛍光量子収率としては、100%〜90%の高い蛍光量子収率が求められる。よって、蛍光体の寿命は、蛍光量子収率が初期値から10%落ちるまでの時間、すなわち、蛍光量子収率が90%から81%になるまでの時間とみなすことができる。よって、蛍光量子収率が80%以下の蛍光体は、通常は使用されることはなく、このような蛍光体が存在したとしても、性能の悪い蛍光体として安価に入手することができる。よって、このような蛍光量子収率の低い蛍光体を用いれば、発電効率の高い太陽電池モジュールを安価に提供することができる。
As the
本実施形態では、第1蛍光体18dの一例としてNPBを用いたが、第1蛍光体18dはこれに限定されない。他の材料としては、N,N’-bis(3-methylphenyl)-N,N’-diphenyl- [1,1’-biphenyl]-4,4’-diamine (TPD)、4,4’-bis-[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-biphenyl) (a-NPD)、4,4’-bis-[N-(9-phenanthyl)-N-phenylamino]-biphenyl (PPD)、N,N,N’,N’-tetra-tolyl-1,1’-cyclohexyl-4,4’-diamine (TPAC)、1,1,4,4-tetraphenyl-1,3-butadiene(TPB)、TACP, Poly(N-vinylcarbazole) (PVK)、4,4',4''-tri(N-carbazolyl)triphenylamine (TCTA)、1,3,5-tris[4-(3-methylphenylphenylamino)phenyl]benzene(m-MTDAPB)、1,3,5-tris[N-(4-diphenylaminophenyl)phenylamino]benzene (p-DPA-TDAB)、4,4,4''-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine (m-MTDATA)、4,4',4''-tris(1-naphthylphenylamino)triphenylamine (1-TNATA)、4,4',4''-tris(2-naphthylphenylamino)triphenylamine (2-TNATA)、1,3,5-tris(4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazolyl)benzene (TPOB)、tri(p-terphenyl-4-yl)amine (p-TTA)、bis{4-[bis(4-methylphenyl)amino]phenyl}oligothiophene (BMA-nT)、2,5-bis{4-[bis(4-methylphenyl)amino]phenyl}thiophene (BMA-1T)、5,5''-bis{4-[bis(4-methylphenyl)amino]phenyl}-2,2'-bithiophene (BMA-2T)、5,5''-bis{4-[bis(4-methylphenyl)amino]phenyl}-2,2':5',2''-terthiophene (BMA-3T)、5,5'''-bis{4-[bis(4-methylphenyl)amino]phenyl}-2,2':5',2'':5'',2''-quaterthiophene (BMA-4T)、
2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (PBD)、2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP)、4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen)、2,9-bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (NBphen)、1,3-bis[2-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene (OXD-7)、3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole (TAZ)、4,4'-bis(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)biphenyl (BTB)、2,5-Bis(1-naphthyl)-1,3,4-oxadiazole (BND)、4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl (CBP)、2,2',7,7'-tetrakis(carbazol-9-yl)-9,9-spirobifluorene (Spiro-CBP)、1,3,5-tris(carbazol-9-yl)benzene (TCP), 1,3-bis(carbazol-9-yl)benzene (MCP)、
4,4'-di(triphenylsilyl)-biphenyl (BSB)、1,4-bis(triphenylsilyl)benzene (UGH-2)、1,3-bis(triphenylsilyl)benzene (UGH-3)などの有機蛍光体や、ZnO、CdSe、 ZnSe、 AlN, GaN, InN, InP, GaP, GaAs, ZnS, CdSなどで構成される量子ドットからなる無機蛍光体などが挙げられるが、これらに限定されるものでもない。本実施形態において、有機無機ハイブリット蛍光体(例えば有機金属錯体)を用いてもよい。In the present embodiment, NPB is used as an example of the
2- (4-biphenyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (PBD), 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP), 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen), 2,9-bis (naphthalen-2-yl) -4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (NBphen), 1,3-bis [2 -(4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazo-5-yl] benzene (OXD-7), 3- (4-biphenyl) -4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2, 4-triazole (TAZ), 4,4'-bis (4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl) biphenyl (BTB), 2,5-Bis (1-naphthyl) -1, 3,4-oxadiazole (BND), 4,4'-bis (carbazol-9-yl) biphenyl (CBP), 2,2 ', 7,7'-tetrakis (carbazol-9-yl) -9,9- spirobifluorene (Spiro-CBP), 1,3,5-tris (carbazol-9-yl) benzene (TCP), 1,3-bis (carbazol-9-yl) benzene (MCP),
Organic phosphors such as 4,4'-di (triphenylsilyl) -biphenyl (BSB), 1,4-bis (triphenylsilyl) benzene (UGH-2), 1,3-bis (triphenylsilyl) benzene (UGH-3) Inorganic phosphors composed of quantum dots composed of ZnO, CdSe, ZnSe, AlN, GaN, InN, InP, GaP, GaAs, ZnS, CdS, and the like, but are not limited thereto. In the present embodiment, an organic-inorganic hybrid phosphor (for example, an organometallic complex) may be used.
本実施形態では、ホスト分子を1種類の第2光機能材料(第1蛍光体18d)のみで構成したが、2種類以上の第2光機能材料をホスト材料として用いることもできる。その場合、最終的な発電量は、最も発光スペクトルのピーク波長が大きい第2光機能材料の蛍光量子収率によって決まる。そのため、最も発光スペクトルのピーク波長が大きい第2光機能材料の蛍光量子収率は、導光体に備えられた他のいずれの第2光機能材料の蛍光量子収率よりも高いことが望ましい。
In the present embodiment, the host molecule is composed of only one type of second optical functional material (
[第10実施形態]
図28は、第10実施形態の太陽電池モジュールで用いられる光機能材料の発光スペクトルおよび太陽電池素子の分光感度を示す図である。[Tenth embodiment]
FIG. 28 is a diagram illustrating an emission spectrum of an optical functional material used in the solar cell module of the tenth embodiment and a spectral sensitivity of the solar cell element.
第9実施形態の太陽電池モジュールでは、ホスト分子として、蛍光量子収率が42%の第1蛍光体18dが用いられていた。それに対して、本実施形態の太陽電池モジュールでは、ホスト分子として、蛍光量子収率が3%の第1蛍光体が用いられている。第1蛍光体は、蛍光量子収率が非常に低く、実質的に光を発しない非発光体とみなすことができる。第1蛍光体はホスト分子であり、第2蛍光体はゲスト分子であり、第1蛍光体と第2蛍光体との間でフェルスター機構によるエネルギー移動が生じ、実質的に、ゲスト分子である第2蛍光体のみが発光する。
In the solar cell module of the ninth embodiment, the
第1蛍光体は、例えばTPDS(N,N,N’,N’-tetra-tolyl-1,1’-diphenylsulphide-4,4’-diamine)である。第1蛍光体の蛍光量子収率は3%であり、第1蛍光体の発光スペクトル1171のピーク波長は420nmである。本実施形態の第2蛍光体は、第8実施形態の第2蛍光体と同じルブレンである。符号1172は、第2蛍光体の発光スペクトルを示す。第1蛍光体に対して第2蛍光体の含有量は3%とされている。本実施形態の導光体は、例えば、厚さ2mmのガラス基板などからなる透明導光体の第1主面に、第1蛍光体と第2蛍光体とを含む光機能材料層を5μmの厚みで成膜し、光機能材料層の表面に透明保護膜としてパリレンを1μmの厚みで成膜することにより形成される。
The first phosphor is, for example, TPDS (N, N, N ′, N′-tetra-tolyl-1,1′-diphenylsulphide-4,4′-diamine). The fluorescence quantum yield of the first phosphor is 3%, and the peak wavelength of the
太陽電池素子としては、アモルファスシリコン太陽電池が用いられている。第1蛍光体および第2蛍光体の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度1173を比較すると、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第2蛍光体の発光スペクトル1172のピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度1173は、導光体に備えられた他のいずれの蛍光体(第1蛍光体)の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度よりも大きい。そのため、太陽電池素子としてアモルファスシリコン太陽電池を用いれば、高い効率で発電を行うことができる。
As the solar cell element, an amorphous silicon solar cell is used. Comparing the
本実施形態によれば、第1蛍光体(例えばTPDS)のように蛍光量子収率の低い蛍光体は安価に入手でき、耐光性が高いので、発電効率の高い太陽電池モジュールを安価に提供できる。 According to this embodiment, a phosphor having a low fluorescence quantum yield such as the first phosphor (for example, TPDS) can be obtained at low cost and has high light resistance, so that a solar cell module with high power generation efficiency can be provided at low cost. .
[第11実施形態]
図36は、第11実施形態の太陽電池モジュール21の概略斜視図である。
図36において、第1実施形態の太陽電池モジュール11と共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Eleventh embodiment]
FIG. 36 is a schematic perspective view of the
In FIG. 36, the same reference numerals are given to configurations common to the
太陽電池モジュール21は、第1導光体(蛍光導光体)22と、第2導光体(形状導光体)23と、第1太陽電池素子16と、第2太陽電池素子25と、枠体26と、を備えている。第1太陽電池素子16は、第1導光体22の第1端面22cから射出された光を受光する。以下、「出射」という表現も、「射出」と同様の意味で使うものとする。第2太陽電池素子25は、第2導光体23の第2端面23cから射出された光を受光する。枠体26は、これら第1導光体22、第2導光体23、第1太陽電池素子16、第2太陽電池素子25を一体に保持する。 なお、本実施形態では、第1導光体22の第1主面22aの面内に平行な方向をx軸方向、第1主面22aの面内に平行な方向で、かつx軸方向と直交する方向をy軸方向、前記第1主面22aと直交する方向(第1導光体22の厚み方向)をz軸方向、と定義する。
The
第1導光体22は、第1主面22aと、第2主面22bと、第1端面22cと、を備えている。第1主面22aは、外光Lが入射する光入射面である。第2主面22bは、第1主面23aの反対側に位置する。第1端面22cは、光射出面である。第2導光体23は、前記第1導光体22の第2主面22b側に配置される。第2導光体23は、第1主面23aと、第2主面23bと、第2端面23cと、を備えている。第1主面23aは、前記第2主面22bから透過してきた光を入射する光入射面である。第2主面23bは、第1主面23aの反対側に位置する。第2端面23cは、光射出面である。第1導光体22と第2導光体23とは、第1導光体22の第2主面22bと第2導光体23の第1主面23aとが対向するように、第1導光体22及び第2導光体23よりも屈折率の小さい空気層K(低屈折率層)を介してZ方向に積層されている。
The
第1導光体22の第1主面22aと第2導光体23の第1主面23aとは、互いに同じ方向(光入射側:−Z方向)を向いて配置されている。このように第1導光体22と第2導光体23とを光Lの入射方向に沿って積層することで、前段側(光Lが入射する側に近い側)の第1導光体22で取り込めなかった光を後段側(光Lが入射する側から遠い側)の第2導光体23で取り込むことが可能になっている。
The first
また、第1導光体22の第1端面22cと第2導光体23の第2端面23cは、互いに同じ向きを向いている。第1導光体22の第1端面22cと第2導光体23の第2端面23cとは、XZ平面と平行な同一平面上に配置されている。これによって第1導光体22の第1端面22cから射出された光を受光する第1太陽電池素子16と第2導光体23の第2端面23cから射出された光を受光する第2太陽電池素子25とは、一箇所に配置されるようになっている。なお、これら太陽電池素子16、25は、対応する端面22c(23c)に光学接着されているのが好ましい。
Further, the
第1導光体22は、Z軸に垂直な(XY平面と平行な)第1主面22a及び第2主面22bを有する略矩形の板状部材である。第1導光体22の第1主面22a及び第2主面22bは概ねXY平面と平行な平坦な面である。本実施形態において、第1導光体22は、図37に示すように液晶性ポリマーからなる透明基材の内部に異方性光機能材料12を分散させたものである。
The
異方性光機能材料12は、第1実施形態の第1光機能材料12と同じものを用いることができる。つまり、異方性光機能材料12は、光を異方的に発光する性質(発光異方性)を有する材料であり、本実施形態では二色性蛍光色素が用いられている。二色性蛍光色素とは、光を異方的に吸収する性質(吸収異方性)と光を異方的に発する性質(発光異方性)とを共に有する色素である。本実施形態では、二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)として、分子長軸と直交する方向が発光強度の最も大きい方向であるポジ型二色性蛍光色素が用いられている。
The anisotropic optical
なお、二色性蛍光色素としては、ポジ型二色性蛍光色素に限らず、種々の二色性蛍光色素を用いることができる。例えば、分子長軸の方向が発光強度の最も大きい方向であるネガ型二色性蛍光色素を用いることもできる。
このような二色性蛍光色素は、例えば紫外光又は可視光を吸収して可視光又は赤外光を放射するものであり、この二色性蛍光色素から放射された光は、第1導光体22の内部を伝播して第1端面22cから射出され、第1太陽電池素子16で発電に利用される。The dichroic fluorescent dye is not limited to the positive dichroic fluorescent dye, and various dichroic fluorescent dyes can be used. For example, a negative dichroic fluorescent dye in which the direction of the molecular long axis is the direction in which the emission intensity is the highest can also be used.
Such a dichroic fluorescent dye absorbs, for example, ultraviolet light or visible light and emits visible light or infrared light. The light emitted from the dichroic fluorescent dye is a first light guide. It propagates through the inside of the
本実施形態の異方性光機能材料12として用いる二色性蛍光色素は、上述の図3に示す特性を有する。 また、本実施形態の二色性蛍光色素は、第1実施形態の二色性蛍光色素と同様の配光状態を示す。具体的には、二色性蛍光色素は、図4で示すような配向状態を示す。なお、図4で示す導光体14、第1主面14a、第2主面14bは、それぞれ本実施形態の第1導光体22、第1主面22a、第2主面22bに対応する。 本実施形態の二色性蛍光色素12は、図4に示すように、分子長軸と直交する軸V2と第1導光体22の第1主面22aとが平行になるように配向されている。つまり、本実施形態の二色性蛍光色素12は、前記二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が、第1導光体22の第1主面22aと平行になるように配向されている。
The dichroic fluorescent dye used as the anisotropic light
なお、本実施形態の第1導光体22は、Z軸に垂直な(XY平面と平行な)第1主面22a及び第2主面22bを有する略矩形の板状部材である。そのため、本実施形態の二色性蛍光色素12は、分子長軸と直交する軸V2と第1導光体22の第2主面22bとが平行になるように配向されている。つまり、本実施形態の二色性蛍光色素12は、前記二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が、第1導光体22の第2主面22bとも平行になるように配向されている。
In addition, the 1st
二色性蛍光色素12を配向させるための方法および二色性蛍光色素12の配向状態を検証するための方法は、第1実施形態に記載された方法と同様である。
The method for aligning the dichroic
図5Bに示すように、二色性蛍光色素12は、第1主面22aから入射した外光の励起エネルギーによって光を異方的に発する。本実施形態の二色性蛍光色素12は、前記二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が第1導光体22の第1主面22aと平行になるように配向されている。そのため、二色性蛍光色素12が発する光のうち発光強度の最も大きい光は、第1太陽電池素子16に直接導かれる。
As shown in FIG. 5B, the dichroic
図5Cに示すように、二色性蛍光色素12が発する光のうちの大部分の光は、第1導光体22の第1主面22aまたは第2主面22bへの入射角θが大きくなる。
ここで、例えば第1導光体22を構成する液晶性ポリマーの屈折率が1.5、空気の屈折率が1.0とすると、第1導光体22の第1主面22aにおける臨界角θm、すなわち第1導光体22を構成する液晶性ポリマーと空気との界面における臨界角は、スネルの法則から42°程度となる。二色性蛍光色素12が発する光の一部の光L1が第1主面22aに入射した際、第1主面22aへの光L1の入射角が臨界角である42°よりも大きい場合は全反射条件を満たすため、光Lは第1主面22aで全反射する。その後、光L1は第1主面22aと第2主面22bとの間で反射を繰り返し、第1太陽電池素子16に導かれる。As shown in FIG. 5C, most of the light emitted from the dichroic
Here, for example, when the refractive index of the liquid crystalline polymer constituting the
なお、本実施形態の二色性蛍光色素12は、この二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も小さい方向が第1導光体22の第1主面22a、第2主面22bとそれぞれ直交する。二色性蛍光色素12が発する光のうち分子長軸に沿う方向からの光L2が第2主面22bに入射した際、第2主面22bへの光L2の入射角が臨界角である42°よりも小さくなり、全反射条件を満たさなくなるため、光L2は第2導光体23側に射出される。
In the dichroic
すなわち、二色性蛍光色素12が発する光は、第1主面22aまたは第2主面22bへの入射角が臨界角よりも大きい場合は第1導光体22の内部に閉じ込められ、第1主面22aまたは第2主面22bへの入射角が臨界角よりも小さい場合は外部に射出される。本実施形態において二色性蛍光色素12は、この二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が第1導光体22の第1主面22aと平行になるように配向されている。そのため、二色性蛍光色素12が発する光のうちの大部分の光は、第1導光体22の第1主面22aまたは第2主面22bへの入射角θが大きくなり、全反射条件を満たすこととなる。よって、二色性蛍光色素12が発する光のうちの大部分の光が、第1導光体22の内部に閉じ込められ、外部に射出されることなく、第1太陽電池素子16側に伝播する。
That is, the light emitted from the dichroic
ここで、「伝播する」とは、第1主面22aで反射して第1端面22cに達する場合、第2主面22bで反射して第1端面22cに達する場合、第1主面22aと第2主面22bの両方で反射しながら第1端面22cに達する場合、もしくはどの主面14a、14bにも当たることなく第1端面22cに達する場合のいずれかを意味している。
Here, “propagating” means that the first
図36、図37に示すように第1導光体22の第1端面22c以外の端面には、異方性光機能材料12(二色性蛍光色素)から放射された(発せられた)光(蛍光)を反射する反射層28が設けられている。
反射層28としては、銀やアルミニウムなどの金属膜からなる反射層や、ESR(Enhanced Specular Reflector)反射フィルム(3M社製)などの誘電体多層膜からなる反射層などを用いることができる。反射層28は、入射した光を鏡面反射する鏡面反射層でもよいし、入射した光を散乱反射する散乱反射層でもよい。As shown in FIGS. 36 and 37, light (fluorescent light) emitted (emitted) from the anisotropic light functional material 12 (dichroic fluorescent dye) is formed on the end surface of the
As the
第2導光体23は、Z軸に垂直な(XY平面と平行な)第1主面23a及び該第1主面23aと反対の側の第2主面23bを有する略矩形の板状部材である。第2導光体23としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料が用いられる。
The second
第2導光体23の第2主面23bには、X方向に延びる複数の溝Tが設けられている。溝Tは、XY平面と平行な面に対して斜めに傾斜した傾斜面T1と、傾斜面T1と交差する面T2と、を有するV字状の溝である。図36では、図面を簡略化するために、溝Tを数本しか記載していないが、実際には、幅100μm程度の細かい溝Tが多数本形成されている。溝Tは、例えば、金型を用いて樹脂(例えばポリメタクリル酸メチル樹脂:PMMA)を射出成形することで形成されている。
The second
傾斜面T1は、図38Aに示すように第1主面23aから入射した光L2(第1導光体22から透過してきた光L2)を全反射して光の進行方向を第2端面23cに向かう方向に変更する反射面である。第1主面23aに対して垂直に近い角度で入射した光L2は、傾斜面T1で反射して第2導光体23の内部を概ねY方向に伝播する。このような構成のもとに、第2導光体23は第2主面23bに設けられた傾斜面T1で光を反射して伝播させ、第2端面23cから射出する形状導光体となっている。
第2導光体23の第2主面23bには、このような溝Tが、傾斜面T1と面T2とが互いに接するようにY方向に複数設けられている。第2主面23bに設けられた複数の溝Tの形状及び大きさは、全て同じである。As shown in FIG. 38A, the inclined surface T1 totally reflects the light L2 incident from the first
A plurality of such grooves T are provided in the Y direction on the second
なお、図38Aに示した例では、傾斜面T1の傾斜角θは30°であり、1本の溝TのY方向の幅wは100μmであり、溝TのZ方向の深さdは90μmであり、第2導光体23の屈折率は1.5である。ただし、傾斜角θ、溝Tの幅w、溝Tの深さd、及び第2導光体23の屈折率は、これらに限定されないのはもちろんである。
例えば、図38Bに示すように溝Tを左右対称のV字状とし、傾斜角θを40°としてもよい。その場合には、第2端面23cと反対の側の端面23dにも第2太陽電池素子25を配設するのが好ましい。また、第2太陽電池素子25に代えて反射層を設けるようにしてもよい。In the example shown in FIG. 38A, the inclination angle θ of the inclined surface T1 is 30 °, the width w in the Y direction of one groove T is 100 μm, and the depth d in the Z direction of the groove T is 90 μm. And the refractive index of the second
For example, as shown in FIG. 38B, the groove T may have a symmetrical V-shape and the inclination angle θ may be 40 °. In that case, it is preferable to arrange the second
なお、本実施形態では、図示しないものの、第2導光体23の第2端面23c(23d)以外の端面、すなわち第2太陽電池素子25が配置されない端面には、この端面から第2導光体23の外部に漏れ出す光を第2導光体23の内部に反射する反射層が設けられている。これら反射層としては、前記の反射層28と同様のものが用いられる。
また、第1導光体22と第2導光体23とは、図37に示すようにこれらの間に空気層Kを介在させているが、これらの間は接着等によって接していてもよい。ただし、第1導光体22と第2導光体23との間に空気層Kを介在させれば、二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)が発する光が、第1導光体22と空気層との界面で全反射条件を満たしやすくなり、好ましい。In the present embodiment, although not shown, the second light guide is provided from the end face to the end face other than the
The
第1太陽電池素子16、第2太陽電池素子25としては、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、量子ドット太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を使用することができる。中でも、化合物半導体を用いた化合物系太陽電池や量子ドット太陽電池は、高効率な発電が可能であることから、これら太陽電池素子4、5として好適である。化合物系太陽電池としては、InGaP、GaAs、InGaAs,AlGaAs、Cu(In,Ga)Se2、Cu(In,Ga)(Se,S)2、CuInS2、CdTe、CdS等が挙げられる。また、量子ドット太陽電池としては、Si、InGaAs等が挙げられる。As the 1st
ただし、価格や用途に応じて、Si系や有機系など他の種類の太陽電池を用いることもできる。また、第1太陽電池素子16と第2太陽電池素子25とは、各導光体14、23から射出される光の波長域に対応して、より高い効率で光電変換できる太陽電池素子を適宜選択して用いるのが好ましい。ただし、同一種類の太陽電池素子を用いてもよいのはもちろんである。
However, other types of solar cells such as Si and organic can be used depending on the price and application. In addition, the first
図36に示すように枠体26は、アルミニウム等のフレームからなり、第1導光体22の第1主面22aを外部に臨ませ、その状態で第1導光体22、第2導光体23の四周を保持するとともに、第1太陽電池素子16、第2太陽電池素子25も導光体14、23とともに保持している。
第1導光体22の第1主面22aを外部に臨ませる開口部26aには、ガラス等の透明部材が嵌め込まれていてもよい。このような構成のもとに第1導光体22は、枠体26から外部に臨む第1主面22aが光入射面となっている。また、第1導光体22の第1端面22cと第2導光体23の第2端面23cが光射出面となっている。As shown in FIG. 36, the
A transparent member such as glass may be fitted into the
以上のように本実施形態の太陽電池モジュール21では、第1導光体22の内部に二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)が含まれており、この二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が第1導光体22の第1太陽電池素子16が配置された第1端面22cを向くように配向されている。すなわち、二色性蛍光色素12が発する光のうち発光強度の最も大きい方向が第1導光体22の第1主面22aに平行となり、したがってこの発光強度の最も大きい方向と第1導光体22における第1主面22aの法線とのなす角度が臨界角以上になるように配向されている。
As described above, in the
よって、本実施形態の太陽電池モジュール21にあっては、比較的大きい(深い)入射角で第1導光体22に入射した外光(太陽光)の大部分を第1端面22c側に伝播させ、第1太陽電池素子16に導くことができる。また、垂直に近い角度(小さい入射角)で第1導光体22に入射した光に関しては、二色性蛍光色素12の吸収異方性のため吸収できず、透過して第2主面22bから射出する光もあるものの、この第2主面22bから射出した光は第2導光体23で集光し、第2太陽電池素子25に導くことができる。すなわち、第2導光体23に入射してくる光の角度は垂直光が主になるので、形状導光体である第2導光体23の傾斜面T1の角度などを適宜に設定することで、より集光効率を高めることができる。したがって、本実施形態の太陽電池モジュール21によれば、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。
Therefore, in the
なお、本実施形態では、図36に示したように第1導光体22に対して第1太陽電池素子16を一つの端面(第1端面22c)のみに設置した例を示したが、第1太陽電池素子16は第1導光体22の4つの端面のうち、複数(2ないし4)の端面に設置してもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 36, the first
また、本実施形態では、第2導光体23として、その第2主面23bに設けられた傾斜面T1で光を反射して伝播させ、第2端面23cから射出する形状導光体を用いているが、このような形状導光体に代えて、後述するような蛍光体を分散させた蛍光導光体を用いてもよい。なお、蛍光導光体としては、蛍光体として二色性蛍光色素を用いたものも使用可能である。ただし、その場合には、二色性蛍光色素を第1導光体22と同じ方向に配向させることなく、すなわち二色性蛍光色素が発する光のうち発光強度の最も大きい方向が第2導光体23の第1主面23aに平行となることなく、発光強度の最も大きい方向がある程度第1主面23a側に向くように配向させるのが好ましい。
Further, in the present embodiment, as the second
[第12実施形態]
図39は、第12実施形態の太陽電池モジュール21Aの概略構成を示す側断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール21Aが図36、図37等に示した第11実施形態の太陽電池モジュール21と異なるところは、第11実施形態の太陽電池モジュール21ではその第1導光体22の二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)を、前記二色性蛍光色素12が発する光のうち発光強度の最も大きい方向が第1導光体22の第1主面22aと平行になるように配向させたのに対し、本実施形態では、発光強度の最も大きい方向が第1導光体22の第1主面22aと非平行になるように配向させた点である。[Twelfth embodiment]
FIG. 39 is a side sectional view showing a schematic configuration of a
The
二色性蛍光色素12の配向は、前述したように配向材(液晶性ポリマー)の作用によって所定方向に配向させる。しかし、この配向材による配向制御が所望の方向(二色性蛍光色素12が発する光のうち発光強度の最も大きい方向が第1導光体22の第1主面22aと平行になる方向)とならずに、少し傾いて配向する場合がある。本実施形態は、このように二色性蛍光色素12が発する光のうち発光強度の最も大きい方向が第1導光体22の第1主面22aと平行にならずに、少し傾いて配向している場合である。
As described above, the dichroic
二色性蛍光色素12は、第1実施形態と同様に、図6に示すように配光されていてもよい。なお、図6の導光体14、第1主面14a、第2主面14bは、それぞれ本実施形態の第1導光体22、第1主面22a、第2主面22bに対応する。図6に示すように、分子長軸V1と直交する軸V2と、第1導光体22の第1主面22aの法線とのなす角度θが、臨界角θm以上となるように配向されていれば、前記所望方向に対して少し傾いて配向されていてもよい。
As in the first embodiment, the dichroic
このように二色性蛍光色素12を少し傾けて配向させた本実施形態では、例えば太陽電池モジュール21Aを屋根などに設置して第1主面22aを上に向けて配置した場合に、第11実施形態に比べて太陽光を吸収し易く構成することが可能となる。すなわち、図39に示すように太陽Sの仰角θsは日本の場合、季節によって約30°〜約80°と変わるが、方向としては分子を傾けて図6中に示した軸V2が太陽S方向に向くように配置することにより、太陽光を吸収し易くすることができる。
In this embodiment in which the dichroic
ただし、その場合には、二色性蛍光色素12を傾けることで全反射せずに第2主面22b側から透過する光の量も増える。しかし、本実施形態では、第1導光体22の後方(第2主面22b側)に第2導光体23を備えているので、第2主面22bから透過してきた光を第2導光体23で集光し、第2太陽電池素子25で発電することができる。なお、最も高効率なものは、二色性蛍光色素12の発光プロフィールによって変わってくる。
However, in that case, by tilting the dichroic
また、第1導光体22を透過してきた光がある角度を持って第2導光体23に入射するので、図38Aに示した第2導光体23(形状導光体)の反射構造、すなわち溝Tの傾斜面T1の角度などをこれに合わせて形成することで、より集光効率を高めることができる。
よって、本実施形態の太陽電池モジュール21Aによれば、二色性蛍光色素12を傾けることによる吸収量の増加と、閉じ込め率の低下を加味して分子長軸V1の傾きを決めることで、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。Further, since the light transmitted through the
Therefore, according to the
なお、本実施形態においても、第1導光体22に対してその複数の端面に第1太陽電池素子16を設置してもよい。
また、第2導光体23として、形状導光体に代えて蛍光体を分散させた蛍光導光体や、蛍光体として二色性蛍光色素を用いた導光体を用いることができる。Also in the present embodiment, the first
Further, as the second
[第13実施形態]
図40は、第13実施形態の太陽電池モジュール21Bの概略構成を示す側断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール21Bが図36、図37等に示した第11実施形態の太陽電池モジュール21と異なるところは、第11実施形態の太陽電池モジュール21ではその第1導光体22の異方性光機能材料12として一種類の二色性蛍光色素しか有していないのに対し、本実施形態では、第1導光体22の異方性光機能材料12として、互いに吸収波長域の異なる二種類(複数種)の二色性蛍光色素12a、12b(異方性光機能材料12)を有している点である。[Thirteenth embodiment]
FIG. 40 is a side sectional view showing a schematic configuration of the
The
このように互いに吸収波長域の異なる二種類(複数種)の二色性蛍光色素12a、12b(異方性光機能材料12)を有しているため、第1導光体22は広い波長範囲の光を吸収することができる。二色性蛍光色素12a、12bとしては、例えば上述の式(1)、式(2)に示す材料を用いることができる。
Thus, since it has two types (plural types) of dichroic
ただし、式(1)中のRはH(水素)である。
式(1)に示す二色性蛍光色素12aは、吸収波長が396nmであり、蛍光波長が526nmである。また、式(2)に示す二色性蛍光色素12bは、吸収波長が516nmであり、蛍光波長が617nmである。
なお、式(1)中のRを、O(CH2)7CH3に置換したものも用いることができる。However, R in Formula (1) is H (hydrogen).
The dichroic
Incidentally, it is possible to use R in the formula (1), also obtained by substituting the O (CH 2) 7 CH 3 .
また、第1導光体22では、例えば二色性蛍光色素12aが吸収した光のエネルギーを、発光、吸収の繰り返しによって二色性蛍光色素12bに移動させることができる。したがって、このエネルギーの移動を続けて起こさせることにより、二色性蛍光色素12bによる異方性発光によって第1太陽電池素子16に光を高い効率で導くことができる。
Moreover, in the 1st
さらに、第1導光体22では、二色性蛍光色素12aが吸収した光を二色性蛍光色素12bにエネルギー移動させることで、より高い効率で光を第1太陽電池素子16に導くことができる。エネルギー移動として、特に光機能材料間のフェルスター機構によって励起エネルギーが移動することにより、最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料で発光させることができる。
Further, in the
複数種の光機能材料の間でエネルギー移動を生じさせる機構、特にフェルスター機構でエネルギー移動を生じさせる機構については、図12ないし図15で説明した通りである。なお3種類の一般的な(市販の)蛍光体を用いるものとして説明しているが、本実施形態においても適宜に選択した複数種の二色性蛍光色素12を用いることで、同様のフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせることが可能である。また、第1導光体22に二色性蛍光色素12とともに他の光機能材料(蛍光体を含む)も含有させた場合にも、この光機能材料と二色性蛍光色素12とによって、同様のフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせることが可能になる。
The mechanism for causing energy transfer between a plurality of types of optical functional materials, particularly the mechanism for causing energy transfer by the Forster mechanism, is as described with reference to FIGS. Although it is described that three kinds of general (commercially available) phosphors are used, the same forster is also obtained by using a plurality of types of dichroic
図12ないし図15で説明した例において、第1導光体では、3つの異なる発光スペクトルを有する蛍光体(第1蛍光体、第2蛍光体、第3蛍光体)を混入しているにもかかわらず、フェルスター機構によるエネルギー移動により、実質的には第3蛍光体の発光のみが生じる。第3蛍光体の発光量子効率は例えば92%である。よって、第1導光体に第1蛍光体、第2蛍光体及び第3蛍光体を混入することで、620nmまでの波長領域の光を吸収し、92%の効率でピーク波長が630nmの赤色の発光を生じさせることができる。 In the example described with reference to FIGS. 12 to 15, the first light guide includes phosphors having three different emission spectra (first phosphor, second phosphor, and third phosphor). Regardless, due to the energy transfer by the Förster mechanism, substantially only the emission of the third phosphor occurs. The emission quantum efficiency of the third phosphor is, for example, 92%. Therefore, by mixing the first phosphor, the second phosphor, and the third phosphor in the first light guide, the light in the wavelength region up to 620 nm is absorbed, and the red having a peak wavelength of 630 nm with an efficiency of 92%. Can be emitted.
第1実施形態の図16Aおよび図16Bで説明されているように、このようなエネルギー移動現象は、有機の蛍光体に特有の現象で、一般的に無機の蛍光体では起こらないとされているが、量子ドットなどのいくつかの無機ナノ粒子の蛍光体においてはフェルスター機構により、無機材料間、あるいは、無機材料と有機材料との間でエネルギー移動を生じるものが知られている。 As described with reference to FIGS. 16A and 16B of the first embodiment, such an energy transfer phenomenon is a phenomenon peculiar to an organic phosphor and generally does not occur in an inorganic phosphor. However, some inorganic nanoparticle phosphors such as quantum dots are known to cause energy transfer between inorganic materials or between an inorganic material and an organic material by a Forster mechanism.
また、フェルスター機構によるエネルギー移動は、蛍光体のような発光材料だけでなく、外光によって励起されるが、光を発生せずに失活する非発光体においても生じる。最終的な発電量は、ゲスト分子の蛍光量子収率によって決まり、ホスト分子の蛍光量子収率には依存しない。よって、ゲスト分子のみを蛍光量子収率の高い蛍光体で構成し、ホスト分子を蛍光量子収率の低い蛍光体又は蛍光を発しない非発光体で構成しても、同じ発電量が得られる。よって、フォトルミネッセンスによりエネルギー移動を行う場合のように、全ての蛍光体に対して高い蛍光量子収率が求められる場合に比べて、ホスト分子の材料選択の幅が広がる。 In addition, energy transfer by the Forster mechanism occurs not only in a light-emitting material such as a phosphor but also in a non-light-emitting body that is excited by external light but deactivates without generating light. The final power generation amount depends on the fluorescence quantum yield of the guest molecule and does not depend on the fluorescence quantum yield of the host molecule. Therefore, even if only the guest molecule is composed of a phosphor having a high fluorescence quantum yield and the host molecule is composed of a phosphor having a low fluorescence quantum yield or a non-light emitting material that does not emit fluorescence, the same amount of power generation can be obtained. Therefore, as compared with the case where a high fluorescence quantum yield is required for all phosphors, such as when energy transfer is performed by photoluminescence, the range of material selection for the host molecule is widened.
図18は、第1太陽電池素子16の一例であるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度曲線を第1蛍光体の発光スペクトル、第2蛍光体の発光スペクトルおよび第3蛍光体の発光スペクトルとともに示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a spectral sensitivity curve of an amorphous silicon solar cell which is an example of the first
第1導光体22の端面から射出される光L1のスペクトルは、第3蛍光体の発光スペクトルと概ね一致する。よって、太陽電池素子は、第3蛍光体の発光スペクトルのピーク波長(630nm)において高い感度を有するものであればよい。図18に示すように、アモルファスシリコン太陽電池は600nm付近の波長の光に対して最も高い分光感度を有する。第1蛍光体、第2蛍光体および第3蛍光体の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度を比較すると、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第3蛍光体の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度は、導光体に備えられた他のいずれの蛍光体(第1蛍光体、第2蛍光体)の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度よりも大きい。そのため、第1太陽電池素子16としてアモルファスシリコン太陽電池を用いれば、高い効率で発電を行うことができる。
The spectrum of the light L1 emitted from the end face of the
第1太陽電池素子16に適用する太陽電池の種類は、前記太陽電池素子に入射する光の波長に応じて決定される。図18では、第1太陽電池素子16としてアモルファスシリコン太陽電池を用いたが、第1太陽電池素子16はこれに限られない。
The type of solar cell applied to the first
図19および図20に示した太陽電池では、最も発光スペクトルのピーク波長が大きい第3蛍光体の発光スペクトルのピーク波長(630nm)における太陽電池の分光感度およびエネルギー変換効率は、導光体に備えられた他のいずれの蛍光体(第1蛍光体、第2蛍光体b)の発光スペクトルのピーク波長における太陽電池の分光感度およびエネルギー変換効率よりも大きい。そのため、第1太陽電池素子16として、これらの太陽電池を用いれば、高い効率で発電を行うことができる。
In the solar cell shown in FIG. 19 and FIG. 20, the spectral sensitivity and energy conversion efficiency of the solar cell at the peak wavelength (630 nm) of the emission spectrum of the third phosphor having the largest emission spectrum peak wavelength are provided in the light guide. It is larger than the spectral sensitivity and energy conversion efficiency of the solar cell at the peak wavelength of the emission spectrum of any of the other phosphors (the first phosphor and the second phosphor b). Therefore, if these solar cells are used as the first
図19および図20は、第1太陽電池素子16として利用可能な太陽電池の一例であり、これ以外の太陽電池を用いることももちろん可能である。第1太陽電池素子16としては、色素増感型太陽電池や有機系太陽電池など、太陽光の全波長領域に対しては高い分光感度を有することはできないが、特定の狭い波長領域の光に対しては非常に高い分光感度を有するような太陽電池を積極的に使用することも可能である。
FIGS. 19 and 20 are examples of solar cells that can be used as the first
本実施形態の太陽電池モジュール21Bにあっては、第1導光体22の異方性光機能材料12として、互いに吸収波長域の異なる二種類(複数種)の二色性蛍光色素12a、12b(異方性光機能材料12)を有しているので、第1導光体22が広い波長範囲の光を吸収することができる。したがって、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。
また、一の二色性蛍光色素12aが吸収した光のエネルギーを、発光、吸収の繰り返しによって他の二色性蛍光色素12bに移動させることができ、したがってこのエネルギーの移動を続けて起こさせることにより、二色性蛍光色素12bによる異方性発光によって第1太陽電池素子16に光を高い効率で導くことができる。
さらに、複数種の二色性蛍光色素を適宜に選択し、フェルスター機構によるエネルギー移動が生じるように構成することで、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい二色性蛍光色素から放射された光を第1導光体22の第1端面22cに射出させて第1太陽電池素子16に入射させることができる。したがって、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。In the
In addition, the energy of light absorbed by one
Furthermore, the light emitted from the dichroic fluorescent dye having the largest peak wavelength of the emission spectrum can be obtained by appropriately selecting multiple types of dichroic fluorescent dyes and configuring the energy transfer by the Forster mechanism. The light can be emitted to the
なお、本実施形態においても、第1導光体22に対してその複数の端面に第1の太陽電池素子4を設置してもよい。
また、第2導光体23として、形状導光体に代えて蛍光体を分散させた蛍光導光体や、蛍光体として二色性蛍光色素を用いた導光体を用いることができる。In the present embodiment also, the first solar cell element 4 may be installed on a plurality of end surfaces of the
Further, as the second
[第14実施形態]
図41は、第14実施形態の太陽電池モジュール21Cの概略構成を示す側断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール21Cは、図36、図37等に示した第11実施形態の太陽電池モジュール21と以下の点で異なる。第11実施形態の太陽電池モジュール21ではその第1導光体22の光機能材料として一種類の異方性光機能材料12(二色性蛍光色素)しか有していない。一方で本実施形態では、第1導光体22の光機能材料として、前記二色性蛍光色素からなる異方性光機能材料12と、光を等方的に吸収する等方性光機能材料29とを有している。なお、図41では、等方性光機能材料29を1種類しか示していないが、本実施形態は等方性光機能材料29が複数種ある場合も含むものとする。[Fourteenth embodiment]
FIG. 41 is a side sectional view showing a schematic configuration of a
The
等方性光機能材料29は、光を等方的に吸収する性質(吸収等方性)を有する材料、もしくは光を異方的に吸収する性質(吸収異方性)を有するが、第1導光体22の形成材料に対して配向しにくく、ランダムな状態に配置された光機能材料である。この等方性光機能材料29としては、外光を吸収して蛍光を放射するもので、所定の吸収波長域の蛍光体が用いられる。ここで、蛍光体としては、有機蛍光体、無機蛍光体、有機無機ハイブリッド蛍光体(例えば有機金属錯体)等のいずれも使用可能である。
このような等方性光機能材料29と前記二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)とは、例えば第1導光体22を成型する際に混入され、ほぼ均一に分散されている。The isotropic light
Such an isotropic light
また、前記蛍光体(等方性光機能材料29)としては、前記二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)との間で、前述したエネルギー移動を生じさせる性状のものが適宜選択され、好適に用いられる。その場合に、前記二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)は、複数種の光機能材料のうち、最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料であるのが好ましい。図42は、蛍光体29(等方性光機能材料29)と二色性蛍光色素12(異方性光機能材料12)との間でエネルギー移動が生じる様子を示した図である。図42に示すように、第1導光体22の第1主面22aに入射した外光の一部は、蛍光体29によって吸収される。蛍光体29が外光の一部を吸収すると、蛍光体29から二色性蛍光色素12に向けて励起エネルギーが移動する。
Further, as the phosphor (isotropic light functional material 29), a material having the above-described energy transfer with the dichroic fluorescent dye (anisotropic light functional material 12) is appropriately selected and suitably used. Used. In that case, the dichroic fluorescent dye (anisotropic optical functional material 12) is preferably an optical functional material having the largest peak wavelength of the emission spectrum among the plural types of optical functional materials. FIG. 42 is a diagram showing how energy transfer occurs between the phosphor 29 (isotropic light functional material 29) and the dichroic fluorescent dye 12 (anisotropic light functional material 12). As shown in FIG. 42, a part of the external light incident on the first
これにより、二色性蛍光色素12は第11実施形態において図5Bに示したように、光を異方的に発する。本実施形態の二色性蛍光色素12も、この二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が第1導光体22の第1主面22aと平行になるように配向されている。そのため、二色性蛍光色素12が発する光のうち発光強度の最も大きい光は、第1太陽電池素子16に直接導かれる。
Thereby, the dichroic
なお、蛍光体(等方性光機能材料29)としては、前記二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)との間、もしくは複数種の蛍光体(等方性光機能材料29)間で、前述したフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせる性状のものが選択され、用いられるのがより好ましい。例えば、先に示した第1蛍光体(BASF社製Lumogen F Violet 570(商品名))、第2蛍光体(BASF社製Lumogen F Yellow 083(商品名))、第3蛍光体(BASF社製Lumogen F Red 305(商品名))を等方性光機能材料29として用いることができる。これら第1蛍光体、第2蛍光体、および第3蛍光体を二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)とともに第1導光体22に分散させることで、3種類の等方性光機能材料29間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせ、これから得られた光を二色性蛍光色素12で吸収させ、発光させるように構成するのが好ましい。
As the phosphor (isotropic light functional material 29), the above-described ferrule is used between the dichroic fluorescent dye (anisotropic light functional material 12) or a plurality of kinds of phosphors (isotropic light functional material 29). More preferably, a material that causes energy transfer by a star mechanism is selected and used. For example, the first phosphor (Lumogen F Violet 570 (trade name) manufactured by BASF), the second phosphor (Lumogen F Yellow 083 (trade name) manufactured by BASF), and the third phosphor (manufactured by BASF) Lumogen F Red 305 (trade name)) can be used as the isotropic optical
本実施形態の太陽電池モジュール21Cにあっては、第1導光体22の光機能材料として、二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)と等方性光機能材料29とを併用したので、特に等方性光機能材料29によってエネルギー移動を行わせることにより、広い波長域でかつ広角度の光を吸収することができる。したがって、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。
In the
なお、本実施形態においては、前記等方性光機能材料29として、外光を吸収して蛍光を放射する所定の吸収波長域の蛍光体を用いたが、本実施形態における等方性光機能材料としては、これに限定されない。本実施形態における等方性光機能材料として、蛍光、燐光のいずれの形態の発光をなす発光体を用いることができる。さらには、エネルギー移動を起こすものであれば、非発光の光機能材料であってもよい。ただし、蛍光スペクトルのピーク波長が最も大きい光機能材料については、蛍光体を用いるものとする。
In the present embodiment, a phosphor having a predetermined absorption wavelength range that absorbs external light and emits fluorescence is used as the isotropic optical
また、本実施形態においては、異方性光機能材料と等方性光機能材料とが別々の分子である例を挙げて説明したが、本実施形態である第14実施形態又は前記第11実施形態の変形例として、一つの分子の中に吸収部と発光部とが存在するような光機能材料(異方性光機能材料)を用いてもよい。発光部は、発光異方性を有し、端面に発光光が効率的に届くようなものである。吸収部は、光を等方的に吸収するもの、または、吸収異方性を有していても、発光部に対して垂直に配向するか、ランダムな状態となっているようなものである。このような光機能材料としては、例えば図33に示すように、高分子の主鎖1181が発光部に相当し、側鎖1182が吸収部に相当するようなものが挙げられる。
In the present embodiment, the anisotropic optical functional material and the isotropic optical functional material are described as examples of separate molecules, but the fourteenth embodiment or a modification of the eleventh embodiment is the present embodiment. Alternatively, an optical functional material (anisotropic optical functional material) in which an absorbing portion and a light emitting portion exist in one molecule may be used. The light emitting part has light emission anisotropy, and the emitted light efficiently reaches the end face. The absorption part absorbs light isotropically, or has absorption anisotropy, but is oriented perpendicular to the light-emitting part or in a random state. . As such an optical functional material, for example, as shown in FIG. 33, a polymer
また、本実施形態においても、第1導光体22に対してその複数の端面に第1太陽電池素子16を設置してもよい。
また、第2導光体23として、形状導光体に代えて蛍光体を分散させた蛍光導光体や、蛍光体として二色性蛍光色素を用いた導光体を用いることができる。Also in the present embodiment, the first
Further, as the second
[第15実施形態]
図43は、第5実施形態の太陽電池モジュール21Dの概略構成を示す側断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール21Dが図36、図37等に示した第11実施形態の太陽電池モジュール21と異なるところは、図43に示すように第1導光体22の第1主面22a側に拡散板13が設けられている点である。[Fifteenth embodiment]
FIG. 43 is a side sectional view showing a schematic configuration of a
The
拡散板13は、第1導光体22の第1主面22a側に空気層を介して設けられたもので、第1導光体22の外部から入射する外光を拡散させて第1導光体22に入射させるものである。
第1導光体22と拡散板13との間に空気層が存在することにより、二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)が発する光が第1導光体22と空気層との界面で全反射条件を満たしやすくなる。ただし、空気層を介在させることなく、拡散板13を第1導光体22の第1主面22aに直接当接させてもよく、接着等によって貼設してもよい。The diffusing
Since an air layer exists between the
拡散板13は、例えばアクリル樹脂等のバインダー樹脂の内部に多数のアクリルビーズ等の光散乱体が分散されて構成されたものである。この拡散板13の厚みは例えば20μm程度であり、球状の光散乱体の球径は0.5〜20μm程度である。拡散板13は、外光を第1導光体22の外部から第1導光体22の内部に向けて等方的に拡散させるようになっている。
The diffusing
なお、光散乱体は、これに限らず、第1実施形態に記載されている光散乱体を用いることができる。 The light scatterer is not limited to this, and the light scatterer described in the first embodiment can be used.
図44は、拡散板の作用を説明するための図である。
本実施形態の場合、図44に示すように、第1導光体22の第1主面22a側には拡散板13が配置されている。これにより、太陽電池モジュール21D(拡散板13)に対して垂直に入射する光は、拡散板13で拡散した後、第1導光体22の内部に入射する。このため、二色性蛍光色素12には様々な角度の光が入射する。つまり、二色性蛍光色素12が吸収しやすい方向の光の割合が、拡散板13がないときと比べて多くなる。そのため、分子長軸V1に沿う方向においては相対的に吸収特性が小さく、分子長軸と直交する軸V2に沿う方向においては相対的に吸収特性が大きい吸収特性を有する二色性蛍光色素12であっても、太陽電池モジュール21D(拡散板13)に対して垂直に入射する光の一部を吸収することが可能となる。FIG. 44 is a diagram for explaining the operation of the diffusion plate.
In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 44, the
本実施形態の太陽電池モジュール21Dにあっては、拡散板13を設けているため、第11実施形態に比べて、第1導光体22の第1主面22aに入射した外光の二色性蛍光色素12に吸収される割合が多くなる。二色性蛍光色素12は外光を吸収すると光を異方的に発する。本実施形態の二色性蛍光色素12においても、この二色性蛍光色素12から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が第1導光体22の第1主面22aと平行になるように配向されているため、二色性蛍光色素12が発する光のうち発光強度の最も大きい光は、第1太陽電池素子16に直接導かれる。したがって、第1導光体22に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。よって、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。
In the
なお、本実施形態に係る拡散板13については、第11実施形態の太陽電池モジュール21にのみ適用することなく、第12実施形態〜第14実施形態の各太陽電池モジュール21A〜21Dに組み合わせて構成してもよい。
In addition, about the
[第16実施形態]
図45は、第6実施形態の太陽電池モジュール21Eの概略構成を示す側断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール21Eが図36、図37等に示した第11実施形態の太陽電池モジュール21と異なるところは、図44に示すように第2導光体23の第2主面23b側に反射層15が設けられている点である。[Sixteenth Embodiment]
FIG. 45 is a side sectional view showing a schematic configuration of a
The
反射層15は、第2導光体23の第2主面23b側に空気層を介して、あるいは接着層を介して設けられたもので、第2導光体23を透過した光を第2導光体23の内部に反射するものである。
反射層15としては、前述した反射層28と同様のものが用いられる。すなわち、銀やアルミニウムなどの金属膜からなる反射層や、ESR(Enhanced Specular Reflector)反射フィルム(3M社製)などの誘電体多層膜からなる反射層などを用いることができる。
この反射層15についても、入射した光を鏡面反射する鏡面反射層でもよいし、入射した光を散乱反射する散乱反射層でもよい。反射層15に散乱反射層を用いた場合には、第1太陽電池素子16の方向に直接向かう光の光量が増えるため、第1太陽電池素子16への集光効率が高まり、発電量が増加する。また、反射光が散乱されるため、時間や季節による発電量の変化が平均化される。なお、散乱反射層としては、マイクロ発泡PET(ポリエチレン−テレフタレート)(古河電工社製)などを用いることができる。The
As the
The
本実施形態の太陽電池モジュール21Eにあっては、反射層15を設けたので、第2導光体23の第2主面23bから透過してきた光を再度第2導光体23内に反射することができる。
したがって、第2導光体23を通過させて主に反射光を第1導光体22に再入射させ、ここで二色性蛍光色素12(異方性光機能材料)に吸収させ、発光させて第1太陽電池素子16に光を射出することができる。よって、第1導光体22に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させ、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。
また、反射層15として散乱反射層を用いれば、反射光を散乱させることができるため、第1導光体22の第2主面22bから再入射した光が二色性蛍光色素12に吸収される割合を多くすることができる。In the
Therefore, the reflected light mainly passes through the second
Further, if a scattering reflection layer is used as the
なお、本実施形態に係る反射層15については、第11実施形態の太陽電池モジュール21にのみ適用することなく、第12実施形態〜第15実施形態の各太陽電池モジュール21A〜21Eに組み合わせて構成してもよい。
In addition, about the
さらに、第7実施形態で説明した1/4λ板19を導光体14の第2主面14bと反射層15との間に設けてもよい。この構成にすることで、第2導光体23から射出され1/4λ板19を介することなく反射層15で反射した光と比較して、二色性蛍光色素12に光が吸収されやすくなる。
Further, the
図46は、第15実施形態の太陽電池モジュール21Eに第16実施形態の反射層15を組み合わせて構成した太陽電池モジュール21Fの概略構成を示す側断面図である。
図46に示すように第1導光体22の第1主面22a側に拡散板13を設け、第2導光体23の第2主面22b側に反射層15を設けている。よって、この太陽電池モジュール21Fにあっても、第5実施形態、第6実施形態で述べたように、第1導光体22に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させ、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。また、太陽電池モジュール21Eにおいて、さらに1/4λ板19を導光体14の第2主面14bと反射層15との間に設けてもよい。FIG. 46 is a side sectional view showing a schematic configuration of a
As shown in FIG. 46, the
[第17実施形態]
図47は、第17実施形態の太陽電池モジュール21Gの概略構成を示す側断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール21Gは、図36、図37等に示した第11実施形態の太陽電池モジュール21と以下の点で異なる。本実施形態では、図47に示すように、第1導光体22の第1端面22cに設けられる第1太陽電池素子と第2導光体23の第2端面23cに設けられる第2太陽電池素子とを共通の太陽電池素子、すなわち単一の太陽電池素子212によって構成している。[Seventeenth embodiment]
FIG. 47 is a side sectional view showing a schematic configuration of a
The
共通に用いる太陽電池素子212としては、前記の第1太陽電池素子16、第2太陽電池素子25として用いられる種々の太陽電池が使用可能である。すなわち、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、量子ドット太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を使用することができる。
なお、本実施形態においても、第1導光体22と第2導光体23とは、図47に示すようにこれらの間に空気層が介在していてもよく、また、接着等によって接していてもよい。ただし、第1導光体22と第2導光体23との間に空気層を介在させれば、二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)が発する光が、第1導光体22と空気層との界面で全反射条件を満たしやすくなり、好ましい。As the
Also in this embodiment, the
本実施形態の太陽電池モジュール21Gにあっては、第1導光体22の太陽電池素子と第2導光体23の太陽電池素子とを共通化して単一の太陽電池素子212で構成している、全体の構成を簡素化してコストの低減化を図ることができる。
In the
なお、本実施形態においては、第1導光体22として第11実施形態に示したものを用いたが、これに代えて、第12実施形態ないし第14実施形態のいずれかの第1導光体22を用いるようにしてもよい。また、第15実施形態に示した拡散板13、第16実施形態に示した反射層15のいずれか一方あるいは両方を備える構成としてもよい。
また、第2導光体23として、形状導光体に代えて蛍光体を分散させた蛍光導光体や、蛍光体として二色性蛍光色素を用いた導光体を用いることができる。In the present embodiment, the
Further, as the second
[第18実施形態]
図29は、第18実施形態の太陽電池モジュールに適用される導光体124の断面図である。導光体124以外の構成は、第3実施形態の太陽電池モジュール11Bと同じである。よって、ここでは導光体124の構成のみを説明する。また、第3実施形態の太陽電池モジュール11Bと共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Eighteenth embodiment]
FIG. 29 is a cross-sectional view of the
導光体124は、透明導光体125と、透明導光体125の第1主面125aに接着された蛍光フィルム126と、蛍光フィルム126の表面を覆う透明保護膜127と、を備えている。
The
蛍光フィルム126は、内部に、前述した光機能材料として、第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cが分散されたフィルム状の光機能材料層である。蛍光フィルム126は、第1主面126aに入射した外光(例えば太陽光)の一部を蛍光に変換し、透明導光体125に向けて放射する。蛍光フィルム126は、例えば、PMMA樹脂の内部に第1蛍光体18a、第2蛍光体18b及び第3蛍光体18cをそれぞれPMMA樹脂に対する体積比率で0.2%混入し、200μmの厚みのフィルムに形成したものである。
The
透明導光体125及び透明保護膜127としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料が用いられる。例えば、透明導光体125は、厚さ5mmのアクリル板からなり、透明保護膜127は、厚さ200μmのPMMA樹脂の膜からなる。図29では、透明保護膜127と蛍光フィルム126と透明導光体125とをこの順に外光Lの入射側から配置しているが、図30のように透明導光体125と蛍光フィルム126と透明保護膜127とをこの順に外光Lの入射側から配置してもよい。
As the transparent
透明導光体125及び透明保護膜127は、光機能材料を含まない透明性の高い材料で構成されている。蛍光フィルム126から放射された蛍光(図14に示した第3蛍光体18cの発光スペクトルと概ね同じスペクトルの光)の一部は、透明導光体125及び透明保護膜127の内部を全反射しながら透明導光体125及び透明保護膜127の端面に向けて伝播する。透明導光体125及び透明保護膜127の端面から射出された光は、太陽電池素子に入射し、発電に利用される。
The transparent
蛍光フィルム126と透明導光体125とは、図31に示すような剥離可能な粘着層128によって接着されている。蛍光フィルム126は、破損、劣化、又は異物(砂埃や鳥の糞など)の付着などが生じた場合に、透明導光体125から剥離して交換される。蛍光フィルム126と粘着層128と透明導光体125の屈折率はいずれも1.49である。蛍光フィルム126から放射された蛍光は、蛍光フィルム126、粘着層128及び透明導光体125の内部をロスなく伝播する。このような粘着層128としては、例えば、パナック社製のゲルポリ(商品名)などが利用できる。
The
上記構成の導光体124では、蛍光フィルム126と透明導光体125とが剥離可能な粘着層128で接着されている。そのため、蛍光フィルム126に破損、劣化、又は異物の付着(砂埃や鳥の糞など)などが生じ発電効率が低下した場合には、蛍光フィルム126のみを透明導光体125から剥がして交換することができる。よって、導光体全体を交換する場合に比べて、保守の費用を少なくすることができる。
In the
[第19実施形態]
図48は、第19実施形態の太陽電池モジュールに適用される第1導光体220の概略構成を示す側断面図である。第1導光体220以外の構成は、第11実施形態の太陽電池モジュール21と同じである。よって、ここでは第1導光体220の構成のみを説明する。[Nineteenth Embodiment]
FIG. 48 is a side sectional view showing a schematic configuration of the
第1導光体220は、透明導光体221と、透明導光体221の第1主面221aに接着された蛍光フィルム222と、蛍光フィルム222の表面を覆う透明保護膜223と、を備えている。
蛍光フィルム222は、その内部に、前記した異方性光機能材料12として、二色性蛍光色素が分散されたフィルム状の光機能材料層である。なお、この蛍光フィルム222には、複数種の二色性蛍光色素(異方性光機能材料12)が分散されていてもよく、また、異方性光機能材料12に加えて、前記した等方性光機能材料29が1種または複数種分散されていてもよい。The
The
蛍光フィルム222は、第1主面222aに入射した外光(例えば太陽光)の一部を蛍光に変換し、透明導光体221に向けて放射するものである。この蛍光フィルム222は、例えば、PMMA樹脂の内部に二色性蛍光色素12等が分散され、200μm程度の厚みに形成されたものである。
The
透明導光体221及び透明保護膜223としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料が用いられる。例えば、透明導光体221は、厚さ5mmのアクリル板からなり、透明保護膜223は、厚さ200μmのPMMA樹脂の膜からなる。図48では、透明保護膜223と蛍光フィルム222と透明導光体221とをこの順に外光Lの入射側から配置しているが、図49のように透明導光体221と蛍光フィルム222と透明保護膜223とをこの順に外光Lの入射側から配置してもよい。
As the transparent
透明導光体221及び透明保護膜223は、光機能材料を含まない透明性の高い材料で構成されている。蛍光フィルム222から放射された蛍光の一部は、透明導光体221及び透明保護膜223の内部を全反射しながら透明導光体221及び透明保護膜223の端面に向けて伝播する。透明導光体221及び透明保護膜223の端面から射出された光は、第1太陽電池素子に入射し、発電に利用される。
The transparent
蛍光フィルム222と透明導光体221とは、第18実施形態にて図31に示すような剥離可能な粘着層128によって接着されている。つまり、図31において、蛍光フィルム126と透明導光体125は、本実施形態の蛍光フィルム222と透明導光体221に相当する。蛍光フィルム222は、破損、劣化、又は異物(砂埃や鳥の糞など)の付着などが生じた場合に、透明導光体221から剥離して交換される。蛍光フィルム222と粘着層224と透明導光体221の屈折率はいずれも1.49である。蛍光フィルム222から放射された蛍光は、蛍光フィルム222、粘着層224及び透明導光体221の内部をロスなく伝播する。このような粘着層224としては、例えば、パナック社製のゲルポリ(商品名)などが利用できる。
The
前記構成の第1導光体220では、蛍光フィルム222と透明導光体221とが剥離可能な粘着層224で接着されている。そのため、蛍光フィルム222に破損、劣化、又は異物の付着(砂埃や鳥の糞など)などが生じ発電効率が低下した場合には、蛍光フィルム222のみを透明導光体221から剥がして交換することができる。よって、第1導光体全体を交換する場合に比べて、保守の費用を少なくすることができる。
In the 1st
[太陽光発電装置]
図32は、太陽光発電装置11000の概略構成図である。[Solar power generator]
FIG. 32 is a schematic configuration diagram of the solar
太陽光発電装置11000は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池モジュール11001と、太陽電池モジュール11001から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ(直流/交流変換器)11004と、太陽電池モジュール11001から出力された直流電力を蓄える蓄電池11005と、を備えている。
A solar
太陽電池モジュール11001は、太陽光を集光する導光体1002と、導光体1002によって集光された太陽光によって発電を行う太陽電池素子1003と、を備えている。
太陽電池モジュール11001としては、例えば、第1実施形態ないし第10実施形態で説明した太陽電池モジュールが用いられる。The
As the
太陽光発電装置11000は外部の電子機器11006に対して電力を供給する。電子機器11006には、必要に応じて補助電力源11007から電力が供給される。
The solar
太陽光発電装置11000は、上述した実施形態に係る太陽電池モジュールを備えているため、発電効率の高い太陽光発電装置となる。
Since the solar
なお、本発明の態様における技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の態様の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the aspect of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the aspect of the present invention.
例えば、導光体の第1主面と第2主面とが平行の場合に限らず、非平行の場合の構成においても本発明の態様を適用することができる。すなわち、第1光機能材料(異方性光機能材料)から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と導光体(第1導光体)の第1主面の法線とのなす角度が臨界角以上になっており、かつ、第1光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と導光体の第2主面の法線とのなす角度が臨界角未満になっている構成においても本発明の態様を適用することができる。このような構成においても、導光体に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。 For example, the aspect of the present invention can be applied not only to the case where the first main surface and the second main surface of the light guide are parallel, but also to a configuration where the first main surface and the second main surface are not parallel. That is, the critical angle is the angle formed between the direction in which the emission intensity of light emitted from the first optical functional material (anisotropic optical functional material) is the largest and the normal of the first main surface of the light guide (first light guide). In the configuration in which the angle formed between the direction in which the emission intensity of the light emitted from the first optical functional material is the largest and the normal to the second main surface of the light guide is less than the critical angle The embodiments of the present invention can also be applied. Even in such a configuration, most of the sunlight incident on the light guide can be contributed to power generation.
例えば、導光体(第1導光体)の形成材料としては、液晶性ポリマーに限らず、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料を用いることもできる。
また、光機能材料としては、例えば、紫外光又は可視光を吸収して可視光又は赤外光を放射する蛍光体、または、紫外光又は可視光を吸収して励起されるが、光を放射せずに失活する非発光体が含まれていてもよい。なお、可視光は380nm以上750nm以下の波長領域の光であり、紫外光は380nm未満の波長領域の光であり、赤外光は750nmよりも大きい波長領域の光である。For example, the material for forming the light guide (first light guide) is not limited to a liquid crystalline polymer, and a highly transparent organic material or inorganic material such as an acrylic resin, a polycarbonate resin, or glass can also be used.
Examples of the optical functional material include a phosphor that absorbs ultraviolet light or visible light and emits visible light or infrared light, or is excited by absorbing ultraviolet light or visible light, but emits light. A non-luminous material that deactivates without being included may be included. Note that visible light is light in a wavelength region of 380 nm to 750 nm, ultraviolet light is light in a wavelength region less than 380 nm, and infrared light is light in a wavelength region larger than 750 nm.
外光を有効に取り込めるように、導光体(第1導光体、第2導光体)の基材(透明基板)の材料は400nm以下の波長に対して透過性を有することが望ましい。例えば、360nm以上800nm以下の波長領域の光に対して90%以上、より好ましくは93%以上の透過率を有するものが好適である。例えば、シリコン樹脂基板や石英基板、或いは、PMMA樹脂基板においては三菱レイヨン社製の「アクリライト」(登録商標)は、広い波長領域に光に対して高い透明性を有することから、好適である。 It is desirable that the material of the base material (transparent substrate) of the light guide (first light guide, second light guide) be transparent to a wavelength of 400 nm or less so that external light can be taken in effectively. For example, a material having a transmittance of 90% or more, more preferably 93% or more with respect to light in a wavelength region of 360 nm to 800 nm is suitable. For example, in the case of a silicon resin substrate, a quartz substrate, or a PMMA resin substrate, “Acrylite” (registered trademark) manufactured by Mitsubishi Rayon is suitable because it has high transparency to light in a wide wavelength region. .
なお、上記実施形態においては、第1光機能材料と第2光機能材料とが別々の分子である例を挙げて説明したがこれに限らない。例えば、一つの分子の中に吸収部と発光部が存在するようなものも含む。発光部は、発光異方性を有し、端面に発光光が効率的に届くようなものである。吸収部は、光を等方的に吸収するもの、または、吸収異方性を有していても、発光部に対して垂直に配向するか、ランダムな状態となっているようなものである。例えば、図33に示すように、高分子の主鎖1181が発光部に相当し、側鎖1182が吸収部に相当するようなものが挙げられる。
In the above embodiment, the first optical functional material and the second optical functional material are described as examples of separate molecules, but the present invention is not limited thereto. For example, it includes those in which an absorption part and a light emission part exist in one molecule. The light emitting part has light emission anisotropy, and the emitted light efficiently reaches the end face. The absorption part absorbs light isotropically, or has absorption anisotropy, but is oriented perpendicular to the light-emitting part or in a random state. . For example, as shown in FIG. 33, the
本発明の態様は、太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置に利用することができる。 The aspect of the present invention can be used for a solar cell module and a solar power generation device.
11,11A,11B,11C,11D,11E,11F,11G…太陽電池モジュール、12…二色性蛍光色素(第1光機能材料)、13…拡散板、14…導光体、14a…第1主面、14b…第2主面、14c…端面、15…反射層、16…太陽電池素子、18,18a,18b,18c…蛍光体(第2光機能材料)、124…導光体、125…透明導光体、125a…第1主面、126…蛍光フィルム(光機能材料層)、128…粘着層、11000…太陽光発電装置、L,L1,L2…光 11, 11A, 11B, 11C, 11D, 11E, 11F, 11G ... solar cell module, 12 ... dichroic fluorescent dye (first optical functional material), 13 ... diffusion plate, 14 ... light guide, 14a ... first Main surface, 14b ... second main surface, 14c ... end surface, 15 ... reflective layer, 16 ... solar cell element, 18, 18a, 18b, 18c ... phosphor (second optical functional material), 124 ... light guide, 125 ... Transparent light guide, 125a ... First main surface, 126 ... Fluorescent film (optical functional material layer), 128 ... Adhesive layer, 11000 ... Solar power generator, L, L1, L2 ... Light
Claims (20)
少なくとも一つの光機能材料を含み、
前記少なくとも一つの光機能材料が、光を異方的に発する第1光機能材料を含み、
少なくとも前記第1光機能材料から放射された光を伝播させ前記端面から射出させるよう構成されており、
前記第1光機能材料は、前記第1光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と前記第1主面の法線とのなす角度が臨界角以上になるように配向されている導光体。A first main surface and a first end surface;
Including at least one optical functional material,
The at least one optical functional material includes a first optical functional material that emits light anisotropically,
At least light emitted from the first optical functional material is propagated and emitted from the end face;
The first optical functional material is oriented so that an angle formed by a direction in which the emission intensity of light emitted from the first optical functional material is maximum and a normal line of the first main surface is equal to or greater than a critical angle. Light guide.
前記第1光機能材料は、前記複数の光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料を含む請求項1ないし4のいずれか一項に記載の導光体。Including a plurality of the optical functional materials,
5. The light guide according to claim 1, wherein the first optical functional material includes an optical functional material having a maximum peak wavelength of an emission spectrum among the plurality of optical functional materials.
前記導光体の前記第1端面から射出された前記光を受光する第1太陽電池素子と、を備えている太陽電池モジュール。A light guide according to any one of claims 1 to 15,
And a first solar cell element that receives the light emitted from the first end face of the light guide.
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---|---|---|---|---|
US9921353B2 (en) * | 2013-06-14 | 2018-03-20 | Philips Lighting Holding B.V. | Light emitting device |
DK3036773T3 (en) * | 2013-08-19 | 2019-05-27 | Tropiglas Tech Ltd | A DEVICE FOR GENERATING ELECTRICAL ENERGY |
EP3065182A4 (en) * | 2013-10-30 | 2017-05-31 | Nitto Denko Corporation | Wavelength-conversion encapsulant composition, wavelength-converted encapsulant layer, and solar cell module using same |
US11368045B2 (en) | 2017-04-21 | 2022-06-21 | Nimbus Engineering Inc. | Systems and methods for energy storage using phosphorescence and waveguides |
KR101947037B1 (en) * | 2017-05-17 | 2019-02-12 | 한국항공대학교산학협력단 | Solar window capable of distributing generated power |
MX2020009217A (en) | 2018-03-05 | 2021-01-08 | Nimbus Eng Inc | Systems and methods for energy storage using phosphorescence and waveguides. |
WO2019213655A1 (en) | 2018-05-04 | 2019-11-07 | Nimbus Engineering Inc. | Regenerative braking using phosphorescence |
WO2021055831A1 (en) * | 2019-09-19 | 2021-03-25 | Nimbus Engineering Inc. | Discharge control via quantum dots |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000147262A (en) * | 1998-11-11 | 2000-05-26 | Nobuyuki Higuchi | Converging device and photovoltaic power generation system utilizing the device |
JP2004029121A (en) * | 2002-06-21 | 2004-01-29 | Citizen Watch Co Ltd | Liquid crystal display device |
JP2004282008A (en) * | 2002-10-11 | 2004-10-07 | Eastman Kodak Co | Organic vertical cavity laser device having organic active region |
WO2004114418A1 (en) * | 2003-06-23 | 2004-12-29 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | Concentrating photovoltaic power generation system |
WO2010022191A2 (en) * | 2008-08-19 | 2010-02-25 | Battelle Memorial Institute | Organic-Inorganic Complexes Containing a Luminescent Rare earth-Metal Nanocluster and an Antenna Ligand, Luminescent Articles, and Methods of Making Luminescent Compositions |
JP2010225692A (en) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Toshiba Corp | Solar cell and method for manufacturing the same |
JP2010263115A (en) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Mitsubishi Plastics Inc | Solar light collector |
JP2011503902A (en) * | 2007-11-16 | 2011-01-27 | クォルコム・メムズ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド | Thin film solar concentrator / collector |
WO2011136072A1 (en) * | 2010-04-28 | 2011-11-03 | シャープ株式会社 | Display device |
-
2012
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- 2012-11-09 JP JP2013543051A patent/JPWO2013069785A1/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000147262A (en) * | 1998-11-11 | 2000-05-26 | Nobuyuki Higuchi | Converging device and photovoltaic power generation system utilizing the device |
JP2004029121A (en) * | 2002-06-21 | 2004-01-29 | Citizen Watch Co Ltd | Liquid crystal display device |
JP2004282008A (en) * | 2002-10-11 | 2004-10-07 | Eastman Kodak Co | Organic vertical cavity laser device having organic active region |
WO2004114418A1 (en) * | 2003-06-23 | 2004-12-29 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | Concentrating photovoltaic power generation system |
JP2011503902A (en) * | 2007-11-16 | 2011-01-27 | クォルコム・メムズ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド | Thin film solar concentrator / collector |
WO2010022191A2 (en) * | 2008-08-19 | 2010-02-25 | Battelle Memorial Institute | Organic-Inorganic Complexes Containing a Luminescent Rare earth-Metal Nanocluster and an Antenna Ligand, Luminescent Articles, and Methods of Making Luminescent Compositions |
JP2010225692A (en) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Toshiba Corp | Solar cell and method for manufacturing the same |
JP2010263115A (en) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Mitsubishi Plastics Inc | Solar light collector |
WO2011136072A1 (en) * | 2010-04-28 | 2011-11-03 | シャープ株式会社 | Display device |
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