JPWO2017029797A1 - 波長変換フィルタ及びその製造方法並びに太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

本発明の波長変換フィルタ２０は、透明樹脂基材３１中に波長変換材料３５が分散した波長変換層３０と、この波長変換層３０の表面に設けられ、透明樹脂基材４１中に紫外線吸収剤４５が分散した紫外線吸収層４０と、を備え、波長変換層３０は、この波長変換層３０に含まれる透明樹脂基材３１の１００質量部に対して、波長変換材料３５を０．０１〜３０質量部含む。

Description

本発明は、波長変換技術に関し、特に励起波長の光に対して波長を変換する波長変換フィルタ及びその製造方法並びに前記波長変換フィルタを用いた太陽電池モジュールに関する。
太陽電池モジュールでは、一般的に、太陽光のうちの一部の波長の光しか電気に変換されていないことが、光電変換効率の低下の要因になっている。これに対し、太陽電池モジュールにおいて利用不可能な波長の光を利用可能な波長の光に変換して光電変換効率の向上を図る波長変換技術が用いられている。また、太陽電池モジュールは、屋外で用いられることが多いため、非常に高い耐久性が求められている。
これに対し、特許文献１には、無機系の２種類の波長変換材料を用いた波長変換フィルタが開示されている。また、特許文献２には、波長変換材を含む封止層と、紫外線吸収剤として２，２’−ジヒドロキシ−４，４’−ジメトキシベンゾフェノンを含む封止層で構成される二層構造の波長変換フィルタが開示されている。
特開２００４−１６１８４１号公報 特開２０１４−２３２７９２号公報
しかしながら、特許文献１に開示された波長変換フィルタは、無機系の波長変換材料を用いているため、耐久性に優れるものの、紫外線を十分にカットできないという問題があった。無機系の波長変換材料は、紫外線吸収係数が低いため、粒径が大きいと紫外光のカットが困難になり易いからである。また、特許文献２に開示される波長変換フィルタは、紫外線吸収剤である２，２’−ジヒドロキシ−４，４’−ジメトキシベンゾフェノンが封止材層中を拡散して波長変換材を含む封止層に侵入することにより、光透過効率が低下するという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明は、紫外光から可視光への波長変換効率の高い状態が長期的に維持される波長変換フィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、波長変換フィルタにおける紫外光から可視光への波長変換効率の高い状態が長期的に維持される太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の態様に係る波長変換フィルタは、透明樹脂基材中に波長変換材料が分散した波長変換層と、この波長変換層の表面に設けられ、透明樹脂基材中に紫外線吸収剤が分散した紫外線吸収層と、を備える。前記波長変換層は、この波長変換層に含まれる透明樹脂基材１００質量部に対して、前記波長変換材料を０．０１〜３０質量部含む。
また、本発明の態様に係る太陽電池モジュールは、前記波長変換フィルタと、この波長変換フィルタを構成する前記波長変換層側に設けられ、前記波長変換層の表面を保護する表面保護層と、を備える。また、本発明の態様に係る太陽電池モジュールは、前記波長変換フィルタを構成する前記紫外線吸収層側に設けられ、前記波長変換フィルタを透過した可視光で発電する太陽電池セル、を備える。
さらに、本発明の態様に係る波長変換フィルタの製造方法は、前記波長変換フィルタを製造する波長変換フィルタの製造方法である。この波長変換フィルタの製造方法は、前記反応型紫外線吸収剤と、前記紫外線吸収層に含まれる透明樹脂基材の分子骨格とを結合させて、安定型紫外線吸収剤を含む紫外線吸収層を形成する。
本実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
以下、本実施形態に係る太陽電池モジュール、太陽電池モジュールを構成する波長変換フィルタ、及び波長変換フィルタに含まれる波長変換材料について、図面を参照して説明する。
［太陽電池モジュール］
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、太陽電池モジュール１は、太陽電池セル１０と、太陽電池セル１０の受光面１３側に配置された波長変換フィルタ２０と、波長変換フィルタ２０の表面に配置された表面保護層５０とを含む。なお、波長変換フィルタ２０は、透明樹脂基材３１中に波長変換材料３５が分散した波長変換層３０と、波長変換層３０の太陽電池セル１０側の表面に設けられ透明樹脂基材４１中に紫外線吸収剤４５が分散した紫外線吸収層４０と、からなる２層構造になっている。
このため、太陽電池モジュール１は、波長変換フィルタ２０と、波長変換フィルタ２０を構成する波長変換層３０側に設けられ、波長変換層３０の表面を保護する表面保護層５０とを備える。また、太陽電池モジュール１は、波長変換フィルタ２０を構成する紫外線吸収層４０側に設けられ、波長変換フィルタ２０を透過した可視光で発電する太陽電池セル１０を備える。
また、太陽電池モジュール１は、太陽電池セル１０の表面のうち受光面１３と反対側の面である裏面１４に配置された裏面封止部材６０と、裏面封止部材６０の裏面に配置された裏面保護層７０とを含む。すなわち、太陽電池モジュール１は、図中上から、表面保護層５０、波長変換フィルタ２０、太陽電池セル１０、裏面封止部材６０及び裏面保護層７０がこの順番で設けられた構成になっている。太陽電池モジュール１は、表面保護層５０の表面である光入射面５３から入射された光が、そのまま、又は波長変換フィルタ２０で変換された後、太陽電池セル１０で受光されることにより、光起電力を発生するようになっている。以下、各構成について詳しく説明する。
（太陽電池セル）
太陽電池セル１０は、太陽電池セル１０の受光面１３から入射される光を吸収して光起電力を発生する。太陽電池セル１０は、例えば、結晶系シリコン、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体材料を用いて形成される。具体的には、太陽電池セル１０は、例えば、結晶シリコンとアモルファスシリコンとが積層されたものからなる。太陽電池セル１０の受光面１３と、受光面１３と反対側の面である裏面１４とには、図示しない電極が設けられる。太陽電池セル１０で発生した光起電力は、電極を介して外部に供給される。
（波長変換フィルタ）
太陽電池セル１０の受光面１３側には、波長変換フィルタ２０が配置される。図１に示すように、波長変換フィルタ２０は、波長変換層３０と、波長変換層３０の太陽電池セル１０側の表面に設けられた紫外線吸収層４０とからなる２層構造になっている。
＜波長変換層＞
波長変換層３０は、透明樹脂基材３１中に波長変換材料３５が分散した層である。波長変換層３０は、波長変換材料３５が、受光した紫外光８０をより長波長の可視光８５に変換する作用を有する。
透明樹脂基材３１は、波長変換材料３５を分散した状態で保持するとともに、受光した紫外光８０を波長変換材料３５に導く透明樹脂である。透明樹脂基材３１を構成する透明樹脂としては、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、（メタ）アクリル樹脂、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明樹脂が用いられる。
波長変換材料３５としては、例えば、無機蛍光体、有機蛍光体が用いられる。このうち、無機蛍光体は、耐久性及び耐湿性が高いため好ましい。ここで耐久性とは、無機蛍光体の組成及び結晶構造が継時的に変化しない又はし難いことを意味する。
無機蛍光体は、一般的に、無機化合物からなる母体結晶を構成する原子の一部が、蛍光を放射する発光中心で部分的に置換された結晶構造を有する。本実施形態で用いられる無機蛍光体としては、特に限定されない。本実施形態で用いられる無機蛍光体としては、例えば、ＣａＦ２：Ｅｕが用いられる。ＣａＦ２：Ｅｕは、ＣａＦ２が母体結晶であり、Ｅｕが発光中心である。
有機蛍光体としてはナフタルイミド系化合物、ペリレン系化合物等が挙げられる。有機蛍光体の市販品としては、例えば、ルモゲン（Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標））Ｆバイオレット５７０（ナフタルイミド系化合物）、ルモゲンＦイエロー０８３（ペリレン系化合物）、ルモゲンＦイエロー１７０（ペリレン系化合物）等を用いることができる。
蛍光体としては、波長４００ｎｍ以下の紫外光を吸収して、波長４００ｎｍ〜１１００ｎｍの緑色光〜近赤外光へ波長変換するものが好ましい。蛍光体がこのような性質を有すると、波長変換フィルタから太陽電池セルに供給される光が、太陽電池セルでの光電変換効率の大きい波長成分を多く含むため好ましい。また、蛍光体としては、太陽光スペクトルが相対的に大きい波長３００ｎｍ以上で効率的に励起されるものが好ましい。蛍光体がこのような性質を有すると、波長変換フィルタから太陽電池セルに供給される光量が大きいため好ましい。
［形状］
波長変換材料３５の形状は、粒状又は粉体状であることが好ましい、波長変換材料が粒状又は粉体状であると、波長変換材料３５が透明樹脂基材３１に分散しやすい。波長変換材料が粒状又は粉体状である場合、平均粒子径は、通常０．１μｍ以上１００μｍ未満、好ましくは０．３μｍ以上３０μｍ未満、より好ましくは１μｍ以上１０μｍ未満である。波長変換材料の平均粒子径が上記範囲内にあると、紫外光を十分に吸収し、可視光の透過率の低下を抑制した波長変換部材を作製可能になる。波長変換材料の平均粒子径は、波長変換部材の断面を走査型電子顕微鏡で観察することにより、測定することができる。例えば、平均粒子径は、走査型電子顕微鏡で観察した、任意の２０個以上の波長変換材料粒子の最長軸長の平均値と定義する。
［透明樹脂基材と波長変換材料の配合比］
波長変換層３０は、波長変換層に含まれる透明樹脂基材１００質量部に対して、波長変換材料を０．０１〜３０質量部、好ましくは０．１〜２０質量部、より好ましくは１〜１０質量部含む。波長変換層３０中の透明樹脂基材に対する波長変換材料の配合比が０．０１質量部未満であると、波長変換材料による波長変換作用が十分に発現しないおそれがある。また、波長変換層３０中の透明樹脂基材に対する波長変換材料の配合比が３０質量部を超えると波長変換層３０の光透過率が低下するおそれがある。
［波長変換層の厚さ］
波長変換層３０の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０〜１００００μｍである。波長変換層３０の厚さがこの範囲内にあると、波長変換層３０を薄くできるとともに、波長変換層３０に入射された紫外光の可視光への変換効率がよいため好ましい。
［波長変換層の製造方法］
波長変換層３０は、蛍光体３５を透明樹脂基材３１と混合することにより透明樹脂基材３１中に分散させ、シート状、フィルム状、板状等の形態に成形することにより作製することができる。
＜紫外線吸収層＞
紫外線吸収層４０は、透明樹脂基材４１中に紫外線吸収剤４５が分散した層である。
紫外線吸収層４０は、紫外線吸収剤４５が、受光した紫外光８０を吸収する作用を有する。
透明樹脂基材４１は、紫外線吸収剤４５を分散した状態で保持するとともに、受光した紫外光８０を紫外線吸収剤４５に導く透明樹脂である。透明樹脂基材４１を構成する透明樹脂としては、透明樹脂基材３１と同じものを用いることができる。具体的には、透明樹脂基材４１として、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、（メタ）アクリル樹脂、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明樹脂が用いられる。
紫外線吸収剤４５としては、例えば、有機系紫外線吸収剤や無機系紫外線吸収剤が用いられる。
［有機系紫外線吸収剤］
有機系紫外線吸収剤としては、例えば、反応型紫外線吸収剤又は安定型紫外線吸収剤が用いられる。ここで、反応型紫外線吸収剤とは、紫外線を吸収する分子構造である紫外線吸収部分を有し、かつ紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１の分子骨格と結合する作用を有する紫外線吸収剤を意味する。すなわち、反応型紫外線吸収剤は、紫外線吸収部分に加え、透明樹脂基材４１の分子骨格と結合する分子構造である透明樹脂結合部分を有する。透明樹脂結合部分は、後述のように、光や熱を加えることにより、ラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合等を生じて透明樹脂基材４１の分子骨格と結合する部分である。反応型紫外線吸収剤は、透明樹脂結合部分が、紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１の分子骨格と結合することにより、透明樹脂基材４１の分子骨格に取り込まれる。反応型紫外線吸収剤は、紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１の分子骨格に取り込まれることにより、紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１中で拡散しにくくなる。
反応型紫外線吸収剤は、例えば、透明樹脂基材４１と混合した状態で、光や熱を加えることにより、透明樹脂結合部分で、ラジカル重合、カチオン重合やアニオン重合を生じて透明樹脂基材４１の分子骨格と結合する。反応型紫外線吸収剤が紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１の分子骨格と結合すると、結合後の物質は、透明樹脂基材４１の分子骨格と紫外線吸収部分とを有する。このため、反応型紫外線吸収剤と透明樹脂基材４１の分子骨格との結合後の物質は、後述の安定型紫外線吸収剤と同じ又は類似する構造の物質となる。なお、図１では、反応型紫外線吸収剤及び安定型紫外線吸収剤等の有機系紫外線吸収剤、並びに無機系紫外線吸収剤を符号４５で示している。このうち、後述の安定型紫外線吸収剤及び無機系紫外線吸収剤は、透明樹脂基材４１中でも分子構造が変化しないため、紫外線吸収剤を符号４５で示すことは妥当である。しかし、反応型紫外線吸収剤は、上記のようにラジカル重合、カチオン重合やアニオン重合を生じて透明樹脂基材４１の分子骨格と結合する前後で、分子構造が変化する。このため、紫外線吸収剤が反応型紫外線吸収剤である場合、図１中の符号４５は、透明樹脂基材４１の分子骨格と結合する前の状態の反応型紫外線吸収剤を示すものとする。
反応型紫外線吸収剤の紫外線吸収部分は、ベンゾトリアゾール構造、トリアジン構造及びベンゾフェノン構造から選ばれる１種以上の構造を有する。ここでベンゾトリアゾール構造とは、ベンゾトリアゾールの骨格部分を意味し、具体的にはベンゾトリアゾールＣ６Ｈ５Ｎ３のうちＨを除いた骨格部分を意味する。また、トリアジン構造とは、トリアジンの骨格部分を意味し、具体的にはトリアジンＣ９Ｈ５Ｃｌ３Ｎ４のうちＨを除いた骨格部分を意味する。さらに、ベンゾフェノン構造とは、ベンゾフェノンの骨格部分を意味し、具体的にはベンゾフェノンＣ１３Ｈ１０ＯのうちＨを除いた骨格部分を意味する。
反応型紫外線吸収剤は、上記紫外線吸収部分に加えて、さらに透明樹脂基材４１の分子骨格と結合するための透明樹脂結合部分を有する。このような透明樹脂結合部分としては、例えばグリシジル基、ビニル基、シラノール基等の官能基が用いられる。反応型紫外線吸収剤がこのような官能基を含むと、反応型紫外線吸収剤が、紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１の分子骨格と結合して、透明樹脂基材４１の分子骨格に取り込まれやすいため好ましい。
反応型紫外線吸収剤は、上記紫外線吸収部分に加えて、紫外線吸収部分に結合する透明樹脂骨格構造や紫外線吸収部分に結合する側鎖等を含む構造であってもよい。また、反応型紫外線吸収剤は、上記紫外線吸収部分及び透明樹脂結合部分に加えて、紫外線吸収部分に結合する透明樹脂骨格構造や紫外線吸収部分に結合する側鎖等を含む構造であってもよい。ここで、透明樹脂骨格構造とは、紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１の分子骨格の全部又は一部からなる骨格構造を意味する。例えば、透明樹脂基材４１の分子骨格が（メタ）アクリル樹脂であれば、（メタ）アクリル樹脂の分子骨格の一部からなる−（Ｃ−Ｃ）ｎ−ＣＯＯ−（ｎは自然数である）は透明樹脂骨格構造である。また、透明樹脂基材４１の分子骨格がエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）であれば、ＥＶＡの分子骨格の一部からなる−（Ｃ−Ｃ）ｎ−ＯＣＯＣＨ３（ｎは自然数である）は透明樹脂骨格構造である。以下、エチレン酢酸ビニル共重合体、（メタ）アクリル樹脂、及びポリオレフィンの骨格構造を、それぞれ、エチレン酢酸ビニル共重合体骨格構造、（メタ）アクリル樹脂骨格構造、及びポリオレフィン骨格構造という。
紫外線吸収層４０に含まれる反応型紫外線吸収剤の透明樹脂骨格構造は、紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１の分子骨格の全部又は一部と同一であることが好ましい。例えば、紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１が（メタ）アクリル樹脂であれば、紫外線吸収層４０に含まれる反応型紫外線吸収剤は、（メタ）アクリル樹脂骨格構造を有するものであることが好ましい。同様に、紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１がエチレン酢酸ビニル共重合体であれば、紫外線吸収層４０に含まれる反応型紫外線吸収剤は、エチレン酢酸ビニル共重合体骨格構造を有するものであることが好ましい。また、反応型紫外線吸収剤の紫外線吸収部分に結合する側鎖としては、例えば、メチル基、エチル基等のアルキル基が挙げられる。
反応型紫外線吸収剤としては、例えば、以下の物質が用いられる。すなわち、分子内に（メタ）アクリル樹脂骨格構造とベンゾトリアゾール構造とを有する化合物、分子内にエチレン酢酸ビニル共重合体骨格構造とベンゾトリアゾール構造とを有する化合物、及び分子内にポリオレフィン骨格構造とベンゾトリアゾール構造とを有する化合物が用いられる。また、分子内に（メタ）アクリル樹脂骨格構造とトリアジン構造とを有する化合物、分子内にエチレン酢酸ビニル共重合体骨格構造とトリアジン構造とを有する化合物、及び分子内にポリオレフィン骨格構造とトリアジン構造とを有する化合物が用いられる。さらに、分子内に（メタ）アクリル樹脂骨格構造とベンゾフェノン構造とを有する化合物、分子内にエチレン酢酸ビニル共重合体骨格構造とベンゾフェノン構造とを有する化合物、及び分子内にポリオレフィン骨格構造とベンゾフェノン構造とを有する化合物が用いられる。
なお、反応型紫外線吸収剤を用いる場合、反応型紫外線吸収剤に、反応型紫外線吸収剤と反応可能な架橋剤を併用してもよい。反応型紫外線吸収剤と架橋剤とを併用すると、反応型紫外線吸収剤が高分子化しやすくなり、この結果反応型紫外線吸収剤の拡散が起こりにくくなる。架橋剤としては、例えば、二官能メタクリレートや多官能メタクリレートが用いられる。これらの二官能メタクリレートや多官能メタクリレートは、ビニル基を有する反応型紫外線吸収剤の架橋剤として有用である。架橋剤の市販品としては、例えば、新中村化学工業株式会社製のエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコール♯４００ジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート等が用いられる。
また、安定型紫外線吸収剤とは、透明樹脂の分子骨格と、この分子骨格に結合し、紫外線を吸収する分子構造である紫外線吸収部分と、を有する紫外線吸収剤を意味する。ここで、紫外線吸収部分とは、反応型紫外線吸収剤の紫外線吸収部分と同じであり、ベンゾトリアゾール構造、トリアジン構造及びベンゾフェノン構造から選ばれる１種以上の構造を有する。また、安定型紫外線吸収剤の一部分を構成する透明樹脂は、透明な樹脂であればよく特に限定されない。安定型紫外線吸収剤の一部分を構成する透明樹脂としては、例えば、透明樹脂基材４１で用いられる透明樹脂と同様の透明樹脂が用いられる。具体的には、安定型紫外線吸収剤の一部分を構成する透明樹脂として、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明樹脂が用いられる。
安定型紫外線吸収剤としては、例えば、以下の物質が用いられる。すなわち、側鎖にベンゾトリアゾール構造を有する（メタ）アクリル酸共重合体、側鎖にベンゾトリアゾール構造を有するエチレン酢酸ビニル共重合体、及び側鎖にベンゾトリアゾール構造を有するポリオレフィンが用いられる。また、側鎖にトリアジン構造を有する（メタ）アクリル酸共重合体、側鎖にトリアジン構造を有するエチレン酢酸ビニル共重合体、及び側鎖にトリアジン構造を有するポリオレフィンが用いられる。さらに、側鎖にベンゾフェノン構造を有する（メタ）アクリル酸共重合体、側鎖にベンゾフェノン構造を有するエチレン酢酸ビニル共重合体、及び側鎖にベンゾフェノン構造を有するポリオレフィンが用いられる。
安定型紫外線吸収剤は、分子量が、通常５０００以上、好ましくは１００００以上である。また、安定型紫外線吸収剤は、分子量が、通常１０００００以下、好ましくは５００００以下である。安定型紫外線吸収剤の分子量が、上記範囲内にあると、紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１中で、安定型紫外線吸収剤が拡散しにくい。なお、安定型紫外線吸収剤の分子量が５０００未満であると、紫外線吸収層４０中の安定型紫外線吸収剤が透明樹脂基材４１中で拡散して波長変換層３０に移動することにより、紫外線が波長変換層３０中の安定型紫外線吸収剤に吸収されるため好ましくない。一方、安定型紫外線吸収剤の分子量が１０００００を超えると、安定型紫外線吸収剤と透明樹脂基材４１との混合が困難になるため好ましくない。
［無機系紫外線吸収剤］
無機系紫外線吸収剤としては、例えば、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化セリウムＣｅＯ２、酸化チタンＴｉＯ２等の金属酸化物のナノ粒子が用いられる。ここでナノ粒子とは、平均粒子径が１００ｎｍ未満の粒子を意味する。
［透明樹脂基材と紫外線吸収剤の配合比］
紫外線吸収層４０は、透明樹脂基材１００質量部に対して、紫外線吸収剤４５を、通常０．００１〜５質量部、好ましくは０．００５〜３質量部、より好ましくは０．０１〜１質量部含む。紫外線吸収剤の含有量が上記範囲内にあると、紫外線吸収層４０に入射された紫外光の吸収効率がよい。紫外線吸収剤の含有量が０．００１質量部未満であると、紫外線吸収作用が十分でなく、１質量部を超えるとこれ以上紫外線吸収作用が向上しないため、経済的でない。
［紫外線吸収層の製造方法］
紫外線吸収層４０は、紫外線吸収剤４５が有機系の安定型紫外線吸収剤又は無機系紫外線吸収剤である場合、紫外線吸収剤４５を透明樹脂基材４１と混合して紫外線吸収剤４５を透明樹脂基材４１中に分散させる。次に、この分散体を、シート状、フィルム状、板状等の形態に成形することにより作製することができる。
また、紫外線吸収層４０は、紫外線吸収剤４５が有機系の反応型紫外線吸収剤である場合は、次のようにして安定型紫外線吸収剤と同じ又は類似する構造の物質を含む紫外線吸収層４０を製造することができる。ここで、安定型紫外線吸収剤と同じ又は類似する構造とは、透明樹脂基材４１の分子骨格と、紫外線吸収部分と、を有する紫外線吸収剤であることを意味する。
はじめに、紫外線吸収剤４５を透明樹脂基材４１と混合して反応型紫外線吸収剤４５を透明樹脂基材４１中に分散させる。次に、反応型紫外線吸収剤４５と、紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１の分子骨格とを結合させることにより、紫外線吸収層４０中で安定型紫外線吸収剤と同じ又は類似する構造の紫外線吸収剤が形成される。反応型紫外線吸収剤４５と、紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１の分子骨格との結合は、例えば、反応型紫外線吸収剤４５と透明樹脂基材４１とに光や熱を加えて、ラジカル重合、カチオン重合やアニオン重合を生じさせることにより実現される。
＜波長変換フィルタの製造方法＞
本実施形態に係る波長変換フィルタ２０は、例えば、上記波長変換層の製造方法で得られた波長変換層３０と、上記紫外線吸収層の製造方法で得られた紫外線吸収層４０と、熱融着することにより製造される。このため、本実施形態に係る波長変換フィルタの製造方法は、上記紫外線吸収層の製造方法を含み得る。紫外線吸収剤４５が有機系の反応型紫外線吸収剤である場合、本実施形態に係る波長変換フィルタの製造方法の一例は、以下とおりである。すなわち、本実施形態に係る波長変換フィルタの製造方法では、反応型紫外線吸収剤と、前記紫外線吸収層４０に含まれる透明樹脂基材４１の分子骨格とを結合させることにより、安定型紫外線吸収剤と同じ又は類似する構造の紫外線吸収剤が形成される。
＜波長変換フィルタの作用＞
図１を用いて、波長変換フィルタ２０の作用を説明する。太陽電池モジュール１に、紫外光８０や、可視光８５を含む太陽光が照射されると、紫外光８０や可視光８５は、光入射面５３から表面保護層５０に入射し、これを透過して、波長変換フィルタ２０の波長変換層３０に入射される。波長変換フィルタ２０の波長変換層３０に入射された可視光８５は、実質的に波長変換材料３５で変換されることなく、波長変換フィルタ２０の波長変換層３０及び紫外線吸収層４０を順次透過して、そのまま太陽電池セル１０に照射される。一方、波長変換フィルタ２０の波長変換層３０に入射された紫外光８０は、波長変換材料３５で長波長側の光である可視光８５に変換された後、太陽電池セル１０に照射される。なお、波長変換層３０に入射された紫外光８０のうち可視光８５に変換されず波長変換層３０を透過した紫外光８０は、紫外線吸収層４０中の紫外線吸収剤４５に吸収される。この結果、波長変換フィルタ２０の紫外線吸収層４０を透過する光は、実質的に可視光８５のみとなる。太陽電池セル１０は、波長変換フィルタ２０を透過した可視光８５により光起電力９０を生じ、光起電力９０は図示しない端子を介して太陽電池モジュール１の外部に供給される。このように紫外光８０は実質的に太陽電池モジュール１内部に照射されないため、紫外光８０の照射による太陽電池モジュール１の損傷又は劣化を抑制することができる。
＜波長変換フィルタの効果＞
本実施形態で用いられる波長変換フィルタ２０によれば、紫外線吸収層４０中の紫外線吸収剤４５が透明樹脂基材４１の分子骨格に取り込まれることにより拡散しにくいため、波長変換層３０と紫外線吸収層４０との二層構造が長期的に維持される。このため、波長変換フィルタ２０によれば、紫外線吸収剤４５の拡散による紫外光から可視光への波長変換効率への低下が生じにくく、紫外光から可視光への波長変換効率の高い状態が長期的に維持される。このため、本実施形態で用いられる波長変換フィルタ２０は、太陽電池モジュール１用に好適である。
（表面保護層）
波長変換フィルタ２０の表面に配置される表面保護層５０は、太陽電池モジュール１の外部環境から波長変換フィルタ２０及び太陽電池セル１０を保護するものである。また、表面保護層５０は、必要により、特定の波長領域の光を透過させないフィルタ機能を備えていてもよい。表面保護層５０は、例えば、ガラス基板、ポリカーボネート、アクリル、ポリエステル、フッ化ポリエチレン等からなる。
（裏面封止部材）
太陽電池セル１０の裏面１４に配置される裏面封止部材６０は、太陽電池セル１０への水分の浸入を防ぎ、太陽電池モジュール１全体の強度を向上させる。裏面封止部材６０は、例えば、波長変換フィルタ２０の透明樹脂基材３１や透明樹脂基材４１で用いられ得る材料と同じ材料からなる。なお、裏面封止部材６０の材質は、波長変換フィルタ２０の透明樹脂基材３１や透明樹脂基材４１の材質と同じであってもよいし異なっていてもよい。
（裏面保護層）
裏面封止部材６０の裏面に配置される裏面保護層７０は、太陽電池モジュール１の外部環境から裏面封止部材６０及び太陽電池セル１０を保護するものである。裏面保護層７０は、例えば、表面保護層５０で用いられ得る材料と同じ材料からなる。裏面保護層７０の材質は、表面保護層５０の材質と同じであってもよいし異なっていてもよい。
（太陽電池モジュールの作用）
太陽電池モジュール１の作用は、波長変換フィルタ２０の作用の項で述べたため、説明を省略する。
（太陽電池モジュールの効果）
本実施形態に係る太陽電池モジュール１によれば、波長変換フィルタ２０の紫外光から可視光への波長変換効率の高い状態が長期的に維持される。また、本実施形態に係る太陽電池モジュール１によれば、紫外光８０は実質的に太陽電池モジュール１内部に照射されないため、紫外光８０の照射による太陽電池モジュール１の損傷又は劣化を抑制することができる。
以下、本実施形態を実施例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれら実施例に限定されるものではない。
固相反応を利用する調製方法を用いて、フッ化カルシウム蛍光体を合成し、その特性を評価した。
なお実施例では、以下に示す化合物粉末を原料として用いた。
フッ化カルシウム（ＣａＦ２）：純度３Ｎ、株式会社高純度化学研究所製
フッ化ユウロピウム（ＥｕＦ３）：純度３Ｎ、和光純薬工業株式会社製
［実施例１］
(蛍光体)
はじめに、組成Ｃａ０．９９Ｆ２Ｅｕ０．０１の蛍光体が得られる割合で各原料を秤量した。次に磁性乳鉢及び磁性乳棒を用いて原料を十分に乾式混合し、焼成原料とした。その後、焼成原料をアルミナるつぼに移し、管状雰囲気炉を用いて８５０℃の温度で、還元雰囲気中（９６％窒素４％水素混合ガス雰囲気中）で２時間、焼成した。焼成物をアルミナ乳鉢及びアルミナ乳棒を用いて解砕処理したところ、組成Ｃａ０．９９Ｆ２Ｅｕ０．０１の蛍光体が得られた。
(波長変換フィルタ)
［波長変換層］
合成した蛍光体１８質量部と、ＥＶＡ（三井デュポン株式会社製、エバフレックス（登録商標）ＥＶ４５０）１００質量部とを、東洋精機株式会社製のプラストミルで加熱温度１５０℃、回転数３０ｒｐｍで３０分間、溶融混練した。この混練物を熱プレスで厚さ０．６ｍｍにシート化して波長変換層を作製した。
［紫外線吸収層］
有機系の安定型紫外線吸収剤としての大和化成株式会社製ＰＵＶＡ−５０Ｍ−５０Ｋ（分子量：１００００）０．５４質量部と、ＥＶＡ（三井デュポン株式会社製、エバフレックスＥＶ４５０）１００質量部とを用意した。そして、これらを東洋精機株式会社製のプラストミルで加熱温度１５０℃、回転数３０ｒｐｍで３０分間、溶融混練した。なお、ＰＵＶＡ−５０Ｍ−５０Ｋは、ＥＶＡの分子骨格と、ベンゾトリアゾール構造の紫外線吸収部分とを有するものである。次に、この混練物を熱プレスで厚さ０．６ｍｍにシート化して紫外線吸収層を作製した。
［波長変換層と紫外線吸収層との融着］
波長変換層と紫外線吸収層とを１００℃で熱融着して波長変換フィルタを作製した。
(外部量子効率・吸収率の測定)
得られた波長変換フィルタについて、大塚電子株式会社製量子効率測定システムＱＥ−１１００を用いて外部量子効率を測定した。測定及び解析条件は以下の通りとした。
励起波長：３５０ｎｍ
積算回数：３０回
露光時間：オート
測定温度範囲：３０〜２００℃
測定温度ステップ：１０℃
励起波長範囲：±２０ｎｍ
蛍光波長範囲：３７０〜８００ｎｍ
また、得られた波長変換フィルタについて、劣化加速試験を行った。劣化加速試験は、波長変換フィルタを、恒温槽中で８０℃で５時間放置する試験とした。劣化加速試験後の波長変換フィルタついて、上記と同様にして外部量子効率・吸収率を測定した。
劣化加速試験後の外部量子効率・吸収率値を劣化加速試験前の外部量子効率・吸収率値で除して、外部量子効率・吸収率の維持率（％）を算出した。結果を表１に示す。
Figure 2017029797
［実施例２］
(波長変換フィルタ)
［波長変換層］
実施例１と同じ波長変換層を用いた。
［紫外線吸収層］
有機系の反応型紫外線吸収剤としての大塚化学株式会社製ＲＵＶＡ９３を０．０１２質量部と、ＥＶＡ（三井デュポン株式会社製、エバフレックス（登録商標）ＥＶ５３０）１００質量部とを用意した。また、重合剤としての化薬アクゾ株式会社製トリゴノックス（登録商標）１７を０．３質量部用意した。そして、ＲＵＶＡ９３の０．０１２質量部と、ＥＶＡの１００質量部と、トリゴノックス１７の０．３質量部とを東洋精機株式会社製のプラストミルで加熱温度１５０℃、回転数３０ｒｐｍで３０分間、溶融混練した。なお、ＲＵＶＡ９３は、ベンゾトリアゾール構造の紫外線吸収部分を有するものである。この混練物を熱プレスで厚さ０．６ｍｍにシート化して紫外線吸収層を作製した。
［波長変換層と紫外線吸収層との融着］
実施例１と同様に波長変換層と紫外線吸収層とを熱融着して波長変換フィルタを作製した。
(外部量子効率及び吸収率の測定)
得られた波長変換フィルタについて、実施例１と同様にして外部量子効率の維持率（％）及び吸収率の維持率（％）を測定した。結果を表１に示す。
［実施例３］
(波長変換フィルタ)
［波長変換層］
実施例１と同じ波長変換層を用いた。
［紫外線吸収層］
無機系の紫外線吸収剤としてのＢＹＫ株式会社製ナノ酸化亜鉛粒子分散剤ＮＡＮＯＢＹＫ（登録商標）−３８４１をナノ酸化亜鉛粒子換算で０．１質量部と、ＥＶＡ（三井デュポン株式会社製、エバフレックス（登録商標）ＥＶ４５０）１００質量部とを用意した。そして、これらを東洋精機株式会社製のプラストミルで加熱温度１５０℃、回転数３０ｒｐｍで３０分間、溶融混練した。この混練物を熱プレスで厚さ０．６ｍｍにシート化して紫外線吸収層を作製した。
［波長変換層と紫外線吸収層との融着］
実施例１と同様に波長変換層と紫外線吸収層とを熱融着して波長変換フィルタを作製した。
(外部量子効率及び吸収率の測定)
得られた波長変換フィルタについて、実施例１と同様にして外部量子効率の維持率（％）及び吸収率の維持率（％）を測定した。結果を表１に示す。
［実施例４］
［波長変換層］
有機蛍光体であるルモゲン（Ｌｕｍｏｇｅｎ、登録商標）Ｆバイオレット５７０（ＢＡＳＦ欧州会社製）０．０２質量部と、ＥＶＡ（三井デュポン株式会社製、エバフレックス（登録商標）ＥＶ４５０）１００質量部とを用意した。これらを、東洋精機株式会社製のプラストミルで加熱温度１５０℃、回転数３０ｒｐｍで３０分間、溶融混練した。この混練物を熱プレスで厚さ０．６ｍｍのシート状に成形して波長変換層を作製した。
［紫外線吸収層］
実施例２と同じ紫外線吸収層を用いた
［波長変換層と紫外線吸収層との融着］
実施例１と同様に波長変換層と紫外線吸収層とを熱融着して波長変換フィルタを作製した。
(外部量子効率及び吸収率の測定)
得られた波長変換フィルタについて、実施例１と同様にして外部量子効率の維持率（％）及び吸収率の維持率（％）を測定した。結果を表１に示す。
［実施例５］
［波長変換層］
実施例４と同じ波長変換層を用いた。
［紫外線吸収層］
有機系の反応型紫外線吸収剤としての大塚化学株式会社製ＲＵＶＡ９３を０．０１２質量部と、ＥＶＡ（三井デュポン株式会社製、エバフレックス（登録商標）ＥＶ５３０）１００質量部とを用意した。また、架橋剤としてのＴＭＰＴ（新中村化学工業株式会社製）３質量部と、重合剤としての化薬アクゾ株式会社製トリゴノックス（登録商標）１７の０．３質量部とを用意した。そして、ＲＵＶＡ９３の０．０１２質量部と、ＥＶＡの１００質量部と、ＴＭＰＴの３質量部と、トリゴノックス１７の０．３質量部とを、東洋精機株式会社製のプラストミルで加熱温度１５０℃、回転数３０ｒｐｍで３０分間、溶融混練した。得られた混練物を熱プレスで厚さ０．６ｍｍのシート状に成形して紫外線吸収層を作製した。
［波長変換層と紫外線吸収層との融着］
実施例１と同様に波長変換層と紫外線吸収層とを熱融着して波長変換フィルタを作製した。
(外部量子効率及び吸収率の測定)
得られた波長変換フィルタについて、実施例１と同様にして外部量子効率の維持率（％）及び吸収率の維持率（％）を測定した。結果を表１に示す。
［実施例６］
［波長変換層］
実施例４と同じ波長変換層を用いた。
［紫外線吸収層］
有機系の反応型紫外線吸収剤としての大塚化学株式会社製ＲＵＶＡ９３を０．０１２質量部と、オレフィン系封止材（三井化学株式会社製タフマー（登録商標）Ｐ０２７５）１００質量部とを用意した。また、架橋剤としてのＴＭＰＴ（新中村化学工業株式会社製）３質量部と、重合剤としての化薬アクゾ株式会社製トリゴノックス（登録商標）１７の０．３質量部とを用意した。そして、ＲＵＶＡ９３の０．０１２質量部と、オレフィン系封止材の１００質量部と、ＴＭＰＴの３質量部と、トリゴノックス１７の０．３質量部とを、東洋精機株式会社製のプラストミルで加熱温度１５０℃、回転数３０ｒｐｍで３０分間、溶融混練した。得られた混練物を熱プレスで厚さ０．６ｍｍのシート状に成形して紫外線吸収層を作製した。
［波長変換層と紫外線吸収層との融着］
実施例１と同様に波長変換層と紫外線吸収層とを熱融着して波長変換フィルタを作製した。
(外部量子効率及び吸収率の測定)
得られた波長変換フィルタについて、実施例１と同様にして外部量子効率の維持率（％）及び吸収率の維持率（％）を測定した。結果を表１に示す。
［比較例１］
(波長変換フィルタ)
［波長変換層］
実施例１と同じ波長変換層を用いた。
［紫外線吸収層］
有機系の反応型紫外線吸収剤としてのＢＡＳＦ欧州会社株式会社製チヌビン（Ｔｉｎｕｖｉｎ、登録商標）Ｐ（分子量：２２５）を０．０１２質量部と、ＥＶＡ（三井デュポン株式会社製、エバフレックス（登録商標）ＥＶ４５０）１００質量部とを用意した。そして、これらを東洋精機株式会社製のプラストミルで加熱温度１５０℃、回転数３０ｒｐｍで３０分間、溶融混練した。なお、チヌビン（登録商標）Ｐは、ベンゾトリアゾール構造の紫外線吸収部分を有するが、分子量が２２５と小さいものである。この混練物を熱プレスで厚さ０．６ｍｍにシート化して紫外線吸収層を作製した。
［波長変換層と紫外線吸収層との融着］
実施例１と同様に波長変換層と紫外線吸収層とを熱融着して波長変換フィルタを作製した。
(外部量子効率及び吸収率の測定)
得られた波長変換フィルタについて、実施例１と同様にして外部量子効率の維持率（％）及び吸収率の維持率（％）を測定した。結果を表１に示す。
なお、劣化加速試験後の波長変換フィルタでは、紫外線吸収層４０中のチヌビン（登録商標）Ｐは透明樹脂基材４１であるＥＶＡの分子骨格に取り込まれることはなく、波長変換層３０に拡散していた。すなわち、劣化加速試験後の波長変換フィルタ２０は、波長変換層３０と紫外線吸収層４０との境界があいまいになっており波長変換層３０と紫外線吸収層４０との二層構造が維持されていなかった。
(実施例１〜６及び比較例１の比較)
表１より、実施例１〜６では評価前後で外部量子効率が９０％以上保持されているのに対して、比較例１の分子量の低い紫外線吸収剤を用いたものは外部量子効率が大幅に低下することが確認された。
特願２０１５−１６１８８０号（出願日：２０１５年８月１９日）及び特願２０１６−０４７７２９号（出願日：２０１６年３月１１日）の全内容は、ここに援用される。
以上、実施例に沿って本実施形態の内容を説明したが、本実施形態はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
本発明の波長変換フィルタによれば、紫外光から可視光への波長変換効率の高い状態が長期的に維持される。本発明の波長変換フィルタの製造方法によれば、紫外光から可視光への波長変換効率の高い状態が長期的に維持される波長変換フィルタを効率的に製造することができる。本発明の太陽電池モジュールによれば、波長変換フィルタの紫外光から可視光への波長変換効率の高い状態が長期的に維持される。
１ 太陽電池モジュール
２０ 波長変換フィルタ
３０ 波長変換層
３１、４１ 透明樹脂基材
３５ 蛍光体（波長変換材料）
４０ 紫外線吸収層
４５ 紫外線吸収剤（反応型紫外線吸収剤、安定型紫外線吸収剤）
さらに、本発明の態様に係る波長変換フィルタの製造方法は、前記波長変換フィルタを製造する波長変換フィルタの製造方法である。この波長変換フィルタの製造方法は、前記反応型紫外線吸収剤と、前記紫外線吸収層に含まれる透明樹脂基材の分子骨格とを結合させて、安定型紫外線吸収剤と同じ又は類似する構造の紫外線吸収剤を形成する。
［形状］
波長変換材料３５の形状は、粒状又は粉体状であることが好ましい。波長変換材料が粒状又は粉体状であると、波長変換材料３５が透明樹脂基材３１に分散しやすい。波長変換材料が粒状又は粉体状である場合、平均粒子径は、通常０．１μｍ以上１００μｍ未満、好ましくは０．３μｍ以上３０μｍ未満、より好ましくは１μｍ以上１０μｍ未満である。波長変換材料の平均粒子径が上記範囲内にあると、紫外光を十分に吸収し、可視光の透過率の低下を抑制した波長変換層を作製可能になる。波長変換材料の平均粒子径は、波長変換層の断面を走査型電子顕微鏡で観察することにより、測定することができる。例えば、平均粒子径は、走査型電子顕微鏡で観察した、任意の２０個以上の波長変換材料粒子の最長軸長の平均値と定義する。

Claims (10)

  1. 透明樹脂基材中に波長変換材料が分散した波長変換層と、
    この波長変換層の表面に設けられ、透明樹脂基材中に紫外線吸収剤が分散した紫外線吸収層と、
    を備え、
    前記波長変換層は、この波長変換層に含まれる透明樹脂基材１００質量部に対して、前記波長変換材料を０．０１〜３０質量部含むことを特徴とする波長変換フィルタ。
  2. 前記紫外線吸収剤は、無機系紫外線吸収剤であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換フィルタ。
  3. 前記紫外線吸収剤は、紫外線を吸収する分子構造である紫外線吸収部分を有し、かつ前記紫外線吸収層に含まれる透明樹脂基材の分子骨格と結合する作用を有する反応型紫外線吸収剤であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換フィルタ。
  4. 前記反応型紫外線吸収剤は、前記紫外線吸収層に含まれる透明樹脂基材の分子骨格と結合して、前記透明樹脂基材の分子骨格に取り込まれることを特徴とする請求項３に記載の波長変換フィルタ。
  5. 前記反応型紫外線吸収剤の紫外線吸収部分は、ベンゾトリアゾール構造、トリアジン構造及びベンゾフェノン構造から選ばれる１種以上の構造を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の波長変換フィルタ。
  6. 前記紫外線吸収剤は、透明樹脂の分子骨格と、この分子骨格に結合し、紫外線を吸収する分子構造である紫外線吸収部分と、を有する安定型紫外線吸収剤であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換フィルタ。
  7. 前記安定型紫外線吸収剤は、分子量が５０００以上であることを特徴とする請求項６に記載の波長変換フィルタ。
  8. 前記安定型紫外線吸収剤の紫外線吸収部分は、ベンゾトリアゾール構造、トリアジン構造及びベンゾフェノン構造から選ばれる１種以上の構造を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の波長変換フィルタ。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載された波長変換フィルタと、
    この波長変換フィルタを構成する前記波長変換層側に設けられ、前記波長変換層の表面を保護する表面保護層と、
    前記波長変換フィルタを構成する前記紫外線吸収層側に設けられ、前記波長変換フィルタを透過した可視光で発電する太陽電池セルと、
    を備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
  10. 請求項３〜５のいずれか１項に記載された波長変換フィルタを製造する波長変換フィルタの製造方法であり、
    前記反応型紫外線吸収剤と、前記紫外線吸収層に含まれる透明樹脂基材の分子骨格とを結合させて、安定型紫外線吸収剤と同じ又は類似する構造の紫外線吸収剤を形成することを特徴とする波長変換フィルタの製造方法。
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