JPWO2019065908A1 - 太陽電池システム及びシート状構造体 - Google Patents

Abstract

本発明は、太陽光を吸収することで発電する太陽電池システム（２２）であって、波長変換材料を含有するシート状構造体（２０）とシート状構造体（２０）の周辺部に配置された発電用セル（２１）を備え、波長変換材料の平均粒径が１０〜４００ｎｍ、最大発光波長が５００ｎｍ以上である。また、本発明は、太陽電池システム（２２）に用いられるシート状構造体（２０）であって、シート状構造体（２０）は波長変換材料を含有し、波長変換材料の平均粒径が１０〜４００ｎｍ、最大発光波長が５００ｎｍ以上である。本発明によれば、発電用セル（２１）への集光量が多いことにより発電効率が高く、かつ発電用セル（２１）に光を導くための導波路を形成する部材の透明性が高い太陽電池システム（２２）及びそのような太陽電池システム（２２）を得られるシート状構造体（２０）を提供することができる。

Description

本発明は、窓において太陽光発電などに使用される太陽電池システム及び太陽電池システムに使用されるシート状構造体に関する。

ビルなどの比較的高層の建築物の場合、太陽光パネルを設置できるスペースを確保しにくく、創エネルギーが不十分であるため、窓に太陽電池を設置することが実用化されている。具体的には、合わせガラスの中間層や、複層ガラスのガラスとガラスの間に、太陽電池モジュールを設けたものが知られている。しかし、太陽電池モジュールは、一般的に透明性に乏しく視界を塞いでしまうことが多い。また、透明性が高い有機太陽電池も実用されてはいるが、耐久性が低いという課題がある。

そのような課題を解決するために、窓枠などの窓の周辺部に太陽光パネルが設置されることが検討されている。例えば、ガラスなどの透明部材に、紫外線、可視光線または赤外線を近赤外線に波長変換する波長変換材料を含有させて、波長変換材料により波長変換された光を透明部材を導波路としてその端部に集光して発電する太陽放射変換装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開２０１５／０４７０８４号

しかしながら、特許文献１に開示された太陽放射変換装置では、波長変換材料として用いているＴｍ^２＋系無機材料が、紫外線領域及び赤外線領域だけではなく可視光線領域の吸収が大きいため、導波路を形成する部材の透明性が十分ではなかった。
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、発電用セルへの集光量が多いことにより発電効率が高く、かつ発電用セルに光を導くための導波路を形成する部材の透明性が高い太陽電池システム及びそのような太陽電池システムを得られるシート状構造体を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、特定の平均粒径及び最大発光波長を有する波長変換材料を含有するシート状構造体と発電用セルとを備える太陽電池システムにより、上記課題が解決できることを見出し、以下の本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［１０］を提供するものである。
［１］太陽光を吸収することで発電する太陽電池システムであって、前記太陽電池システムは、波長変換材料を含有するシート状構造体と前記シート状構造体の周辺部に配置された発電用セルを備え、前記波長変換材料の平均粒径が１０〜４００ｎｍ、最大発光波長が５００ｎｍ以上である、太陽電池システム。
［２］前記シート状構造体は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の可視光線透過率Ｔｖｉｓと３００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の紫外光線透過率Ｔｕｖとの差（Ｔｖｉｓ−Ｔｕｖ）が５０％以上である、上記［１］に記載の太陽電池システム。
［３］前記シート状構造体の可視光線透過率Ｔｖｉｓが６０％以上である、上記［１］又は［２］に記載の太陽電池システム。
［４］前記波長変換材料の最大発光波長が７８０ｎｍ以上である、上記［１］〜［３］のいずれかに記載の太陽電池システム。
［５］前記波長変換材料の最大励起波長が４００ｎｍ以下である、上記［１］〜［４］のいずれかに記載の太陽電池システム。
［６］前記波長変換材料の平均粒径が１０〜２００ｎｍである、上記［１］〜［５］のいずれかに記載の太陽電池システム。
［７］前記シート状構造体が、波長変換材料を含有する透明シート状部材と前記透明シート状部材の両面に設けられる第１及び第２の透明シートとを備える積層構造体である、上記［１］〜［６］のいずれかに記載の太陽電池システム。
［８］前記透明シート状部材が、樹脂を含有しており、該樹脂中に前記波長変換材料が分散されている、上記［７］に記載の太陽電池システム。
［９］太陽電池システムに用いられるシート状構造体であって、前記シート状構造体は波長変換材料を含有し、前記波長変換材料の平均粒径が１０〜４００ｎｍ、最大発光波長が５００ｎｍ以上である、シート状構造体。
［１０］３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の可視光線透過率Ｔｖｉｓと３００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の紫外光線透過率Ｔｕｖとの差（Ｔｖｉｓ−Ｔｕｖ）が５０％以上である、上記［９］に記載のシート状構造体。

本発明によれば、発電用セルへの集光量が多いことにより発電効率が高く、かつ発電用セルに光を導くための導波路を形成する部材の透明性が高い太陽電池システム及びそのような太陽電池システムを得られるシート状構造体を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るシート状構造体を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池システムを示す模式的な断面図である。

本発明の太陽電池システムは、太陽光を吸収することで発電する太陽電池システムであって、波長変換材料を含有するシート状構造体と、シート状構造体の周辺部に配置された発電用セルを備える。

［シート状構造体］
本発明の太陽電池システムにおいて、シート状構造体は、発電用セルに光を導くための導波路を形成する部材である。すなわち、シート状構造体の一方の面に入射された太陽光等の光の少なくとも一部を、波長変換材料によって比較的長波長の光に変換した上で、シート状構造体内部で反射させつつ、シート状構造体の側面まで導き、発電用セルに受光させることが可能になる。長波長の光は、一般的に発電用セルにおいて高効率で電気に変換することができるので、長波長の光を発電用セルに受光させることで、発電用セルにおける発電効率を高くすることが可能となる。

本発明のシート状構造体は波長変換材料を含有する。シート状構造体は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の可視光線透過率Ｔｖｉｓと３００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の紫外光線透過率Ｔｕｖとの差（Ｔｖｉｓ−Ｔｕｖ）が５０％以上であることが好ましい。これは、シート状構造体に含有される波長変換材料が、可視光線を吸収し難く、紫外光線を吸収しやすいことを意味している。すなわち、本発明の太陽電池システムを構成するシート状構造体は透明性が高く、紫外光線を吸収する能力に優れている。Ｔｖｉｓ−Ｔｕｖが５０％以上であると、シート状構造体の透明性が良好になり、あるいは、シート状構造体の側面側に導かれる光量が多くなり、その結果、太陽電池システムの発電効率が高くなる傾向にある。
シート状構造体の透明性を良好とし、側面側に導かれる光量を増加させる観点から、Ｔｖｉｓ−Ｔｕｖは、より好ましくは５５％以上であり、更に好ましくは６０％以上であり、特に好ましくは７０％以上である。
なお、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の可視光線透過率Ｔｖｉｓとは、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満における透過率の平均値を意味し、３００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の紫外光線透過率Ｔｕｖとは、３００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満における透過率の平均値を意味する。

シート状構造体の透明性を良好とする観点から、Ｔｖｉｓは好ましくは６０％以上であり、より好ましくは７０％以上であり、さらに好ましくは８０％以上である。Ｔｖｉｓは高ければ高いほうがよく、１００％以下であればよい。Ｔｖｉｓは実用的には９９％以下であり、好ましくは９５％以下である。
また、シート状構造体の側面側に導かれる光量を増加させる観点から、Ｔｕｖは好ましくは３０％以下であることが好ましく、より好ましくは２０％以下であり、さらに好ましくは１０％以下である。Ｔｕｖは、その下限は限定されず、０％以上であればよいが、実用的には０．００１％以上である。

（波長変換材料）
本発明において、シート状構造体は、波長変換材料を含有する１層単体であってもよいし、少なくともいずれかの層に波長変換材料を含有する２層以上からなる積層構造体であってもよい。波長変換材料は、波長変換材料が含有される層において、分散していればよい。
波長変換材料としては、短波長側の光を、５００ｎｍ以上の最大発光波長を有する光に変換する材料を使用すればよい。なお、最大発光波長とは、波長変換材料の発光スペクトルを測定した際の、最も発光強度が高い波長を意味する。
具体的な波長変換材料としては、紫外光領域の光を、近赤外光領域の光に波長変換するものが好ましい。具体的には、スズ酸バリウム（ＢａＳｎＯ₃）、イッテルビウム及びセリウムを含む混合結晶、プラセオジム及びイッテルビウムを含む混合結晶、ビスマス及びイッテルビウムを含む混合結晶、ツリウムイオンなどのランタノイドイオンを有する波長変換材料などが挙げられる。これらの中では、可視光領域の吸収が少なくシート状構造体の透明性を良好にできることから、スズ酸バリウムを使用することがより好ましい。なお、これらの波長変換材料は不純物やドーパントを含んでいてもよく、例えば、スズ酸バリウムとしては鉄、亜鉛などの金属イオンをドープしたものでもよい。さらに、波長変換材料としては、ＹＳＯ（Ｙ_２ＳｉＯ_５）にイッテルビウム及びセリウムをドープしたもの（ＹＳＯ：Ｃｅ、Ｙｂ）、ＹＳＯ（Ｙ_２ＳｉＯ_５）にプラセオジム及びイッテルビウムをドープしたもの（ＹＳＯ：Ｐｒ，Ｙｂ）を使用することも好ましい。
波長変換材料の最大発光波長は５００ｎｍ以上である。最大発光波長が５００ｎｍ未満であると、シート状構造体の側面側に導かれる光量が少なくなり、発電用セルにおける発電効率が低くなる傾向にある。
波長変換材料の最大発光波長は、シート状構造体の側面側に導かれる光量を増加させる観点から、好ましくは７８０ｎｍ以上であり、より好ましくは８００ｎｍ以上であり、さらに好ましくは８２０ｎｍ以上である。波長変換材料の最大発光波長は、その上限は特に限定されないが、一般的な波長変換材料によって波長変換して発光できるように、１４００ｎｍ以下が好ましく、１３００ｎｍ以下がより好ましい。
また、波長変換材料の最大励起波長は、好ましくは４００ｎｍ以下、より好ましくは３９０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３８０ｎｍ以下である。そして通常は２００ｎｍ以上、好ましくは３００ｎｍ以上である。このような最大励起波長であると、紫外光を吸収し、近赤外光に変換しやすい。

本発明において、波長変換材料は、粒子状のものを使用すればよく、その平均粒径は１０〜４００ｎｍである。平均粒径が４００ｎｍを超えると、シート状構造体の透明性が悪くなり、上記したＴｖｉｓが低下しやすい。また、１０ｎｍ未満であると、当該平均粒径の波長変換材料の製造が困難となる場合があり、更には、発光強度が低下する場合がある。
シート状構造体の透明性を高める観点から、波長変換材料の平均粒径は好ましくは１０〜２００ｎｍであり、より好ましくは１０〜１００ｎｍである。平均粒径は、ナノ粒子解析装置（堀場製作所社製、ｎａｎｏ Ｐａｒｔｉｃａ ＳＺ−１００）により測定することができる。波長変換材料がこのような特定の平均粒径であり、かつ、上記した特定の最大発光波長を有することで、シート状構造体の透明性を良好にでき、かつ、シート状構造体の側面に導かれる光量を効果的に増加させることができる。波長変換材料の平均粒径は、以下の手順に従って測定される。まず、濃度が５重量％となるように波長変換材料をメタノールに分散し、測定試料を得る。ナノ粒子解析装置（ｎａｎｏ Ｐａｒｔｉｃａ ＳＺ−１００）を用いて、平均粒径として上記測定試料のＤ５０を測定する。
なお、波長変換材料の平均粒径は、例えば、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２０１５，８，６４３７−６４５４に記載の方法に準拠して調整することができる。例えば、波長変換材料のアニール温度を変更することなどにより、波長変換材料の平均粒径を調整できる。

本発明のシート状構造体は、波長変換材料を含有する１層単体であってもよいし、少なくともいずれかの層に波長変換材料を含有する２層以上からなる積層構造体であってもよいが、積層構造体であることが好ましい。また、本発明のシート状構造体は、少なくとも１層が無機ガラス、又は有機ガラスのいずれかからなる透明シートであることが好ましい。シート状構造体において、透明シートは１枚でもよいし、２枚以上であってもよい。また、本発明においては、透明シートが発光してもよいし、透明シート以外の層が発光してもよい。

シート状構造体の側面に導かれる光量を増加させる観点、波長変換材料を含む層の劣化を防止する観点、窓としての耐衝撃性を高める観点などから、シート状構造体は３層以上の層を有することが好ましい。中でも、シート状構造体は、波長変換材料を含有する透明シート状部材と、透明シート状部材の両面に設けられる第１及び第２の透明シートとを備える積層構造体を有することが好ましい。この場合、第１の透明シートは屋外側に配置され、第２の透明シートは屋内側に配置され、第１の透明シートから太陽光が入射される。
図１には、シート状構造体が積層構造体である場合の一実施形態を示している。積層構造体２０は、透明シート状部材１０と、透明シート状部材１０の両面それぞれに設けられる第１の透明シート１１、第２の透明シート１２を備えるものであり、第１の透明シート１１側から、太陽光などの光が入射される。透明シート状部材１０中に含有された波長変換材料により、入射された太陽光の一部が近赤外光領域の光に波長変換されて、発電用セルでの発電に寄与する。

（透明シート状部材）
本発明の透明シート状部材は、波長変換材料を含有する層である。透明シート状部材は、樹脂を含有し、その樹脂中に上記波長変換材料を分散させた発光層からなることが好ましく、樹脂としては、熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。熱可塑性樹脂を使用することで、透明シート状部材は、接着層としての機能を果たしやすくなり、透明シート状部材を第１の透明シート及び第２の透明シートに接着させやすくなる。
樹脂中に上記波長変換材料を分散させる場合、波長変換材料の含有量は、樹脂１００質量部に対して、０．０１〜３質量部が好ましく、０．０２〜１．５質量部がより好ましく、０．０３〜１．０質量部がさらに好ましい。
波長変換材料の含有量をこれら下限値以上とすることで、透明シート状部材が十分に発光することが可能になり、また、上記したＴｕｖが低くなり、Ｔｖｉｓ−Ｔｕｖの差が大きくなる。波長変換材料の含有量を上限値以下とすることで、可視光線透過率Ｔｖｉｓが必要以上に低下することが防止できる。

透明シート状部材に使用する熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリビニルアセタール樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、及び熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。これら樹脂を使用することで、第１の透明シート及び第２の透明シートなどに対する接着性を確保しやすくなる。熱可塑性樹脂は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、これらの中では、透明シート状部材に可塑剤を含有させた場合に、ガラスに対して優れた接着性を発揮する点から、ポリビニルアセタール樹脂が特に好適である。

≪ポリビニルアセタール樹脂≫
ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコールをアルデヒドでアセタール化して得られるポリビニルアセタール樹脂であれば特に限定されないが、ポリビニルブチラール樹脂が好適である。
上記ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度の好ましい下限は４０モル％、好ましい上限は８５モル％であり、より好ましい下限は６０モル％、より好ましい上限は７５モル％である。
上記ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量の好ましい下限は１５モル％、好ましい上限は３５モル％である。水酸基量を１５モル％以上とすることで、第１の透明シート及び第２の透明シートとの接着性、特に第１の透明シート及び第２の透明シートが無機ガラスである場合の接着性が良好になりやすくなり、積層構造体であるシート状構造体の耐貫通性なども良好になりやすくなる。また、水酸基量を３５モル％以下とすることで、透明シートが硬くなり過ぎたりすることを防止する。上記水酸基量のより好ましい下限は２５モル％、より好ましい上限は３３モル％である。
ポリビニルアセタール樹脂としてポリビニルブチラール樹脂を用いる場合も、同様の観点から、水酸基量の好ましい下限は１５モル％、好ましい上限は３５モル％であり、より好ましい下限は２５モル％、より好ましい上限は３３モル％である。
なお、上記アセタール化度及び上記水酸基量は、例えば、ＪＩＳ Ｋ６７２８「ポリビニルブチラール試験方法」に準拠した方法により測定することができる。

ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコールをアルデヒドでアセタール化することにより調製することができる。ポリビニルアルコールは、通常、ポリ酢酸ビニルを鹸化することにより得られ、鹸化度８０〜９９．８モル％のポリビニルアルコールが一般的に用いられる。
ポリビニルアセタール樹脂の重合度の好ましい下限は５００、好ましい上限は４０００である。重合度を５００以上することで、シート状構造体の耐貫通性が良好になる。また、重合度を４０００以下とすることで、シート状構造体の成形がしやすくなる。重合度のより好ましい下限は１０００、より好ましい上限は３６００である。

上記アルデヒドは特に限定されないが、一般には、炭素数が１〜１０のアルデヒドが好適に用いられる。上記炭素数が１〜１０のアルデヒドは特に限定されず、例えば、ｎ−ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ｎ−バレルアルデヒド、２−エチルブチルアルデヒド、ｎ−ヘキシルアルデヒド、ｎ−オクチルアルデヒド、ｎ−ノニルアルデヒド、ｎ−デシルアルデヒド、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等が挙げられる。なかでも、ｎ−ブチルアルデヒド、ｎ−ヘキシルアルデヒド、ｎ−バレルアルデヒドが好ましく、ｎ−ブチルアルデヒドがより好ましい。これらのアルデヒドは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

≪エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂≫
透明シート状部材に使用されるエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂としては、非架橋型のエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂であってもよいし、また、高温架橋型のエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂であってもよい。また、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体けん化物、エチレン−酢酸ビニルの加水分解物などのようなエチレン−酢酸ビニル変性体樹脂も用いることができる。

エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂は、ＪＩＳ Ｋ ６７３０「エチレン・酢酸ビニル樹脂試験方法」に準拠して測定される酢酸ビニル含量が好ましくは１０〜５０質量％、より好ましくは２０〜４０質量％である。酢酸ビニル含量をこれら下限値以上とすることで、透明シート状部材と第１の透明シート及び第２の透明シートとの接着性、及びシート状構造体の耐貫通性が良好になりやすくなる。また、酢酸ビニル含量をこれら上限値以下とすることで、透明シート状部材の破断強度が高くなり、シート状構造体の耐衝撃性が良好になる。

≪アイオノマー樹脂≫
アイオノマー樹脂としては、特に限定はなく、様々なアイオノマー樹脂を用いることができる。具体的には、エチレン系アイオノマー、スチレン系アイオノマー、パーフルオロカーボン系アイオノマー、テレケリックアイオノマー、ポリウレタンアイオノマー等が挙げられる。これらの中では、シート状構造体の機械強度、耐久性、透明性などが良好になる点、第１の透明シート及び第２の透明シートがガラスである場合のこれらとの接着性に優れる点から、エチレン系アイオノマーが好ましい。

エチレン系アイオノマーとしては、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーが透明性と強靭性に優れるため好適に用いられる。エチレン・不飽和カルボン酸共重合体は、少なくともエチレン由来の構成単位および不飽和カルボン酸由来の構成単位を有する共重合体であり、他のモノマー由来の構成単位を有していてもよい。
不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸等が挙げられ、アクリル酸、メタクリル酸が好ましく、メタクリル酸が特に好ましい。また、他のモノマーとしては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、１−ブテン等が挙げられる。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体としては、該共重合体が有する全構成単位を１００モル％とすると、エチレン由来の構成単位を７５〜９９モル％有することが好ましく、不飽和カルボン酸由来の構成単位を１〜２５モル％有することが好ましい。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーは、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体が有するカルボキシル基の少なくとも一部を金属イオンで中和または架橋することにより得られるアイオノマー樹脂であるが、該カルボキシル基の中和度は、通常は１〜９０％であり、好ましくは５〜８５％である。

アイオノマー樹脂におけるイオン源としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム、亜鉛等の多価金属が挙げられ、ナトリウム、亜鉛が好ましい。

アイオノマー樹脂の製造方法としては特に限定はなく、従来公知の製造方法によって、製造することが可能である。例えばアイオノマー樹脂として、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーを用いる場合には、例えば、エチレンと不飽和カルボン酸とを、高温、高圧下でラジカル共重合を行い、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体を製造する。そして、そのエチレン・不飽和カルボン酸共重合体と、上記のイオン源を含む金属化合物とを反応させることにより、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーを製造することができる。

≪ポリウレタン樹脂≫
ポリウレタン樹脂としては、イソシアネート化合物と、ジオール化合物とを反応して得られるポリウレタン、イソシアネート化合物と、ジオール化合物、さらに、ポリアミンなどの鎖長延長剤を反応させることにより得られるポリウレタンなどが挙げられる。また、ポリウレタン樹脂は、硫黄原子を含有するものでもよい。その場合には、上記ジオールの一部又は全部を、ポリチオール及び含硫黄ポリオールから選択されるものとするとよい。ポリウレタン樹脂は、有機ガラスとの接着性を良好にすることができる。そのため、透明シートの少なくとも一枚が有機ガラスである場合に好適に使用される。

≪熱可塑性エラストマー≫
熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系熱可塑性エラストマー、脂肪族ポリオレフィンが挙げられる。
スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。スチレン系熱可塑性エラストマーは、一般的に、ハードセグメントとなるスチレンモノマー重合体ブロックと、ソフトセグメントとなる共役ジエン化合物重合体ブロック又はその水添ブロックとを有する。スチレン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、スチレン−イソプレンジブロック共重合体、スチレン−ブタジエンジブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレントリブロック共重合体、スチレン−ブタジエン／イソプレン−スチレントリブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック共重合体、並びにその水素添加体が挙げられる。
上記脂肪族ポリオレフィンは、飽和脂肪族ポリオレフィンであってもよく、不飽和脂肪族ポリオレフィンであってもよい。上記脂肪族ポリオレフィンは、鎖状オレフィンをモノマーとするポリオレフィンであってもよく、環状オレフィンをモノマーとするポリオレフィンであってもよい。中間膜の保存安定性、及び、遮音性を効果的に高める観点からは、上記脂肪族ポリオレフィンは、飽和脂肪族ポリオレフィンであることが好ましい。
上記脂肪族ポリオレフィンの材料としては、エチレン、プロピレン、１−ブテン、ｔｒａｎｓ−２−ブテン、ｃｉｓ−２−ブテン、１−ペンテン、ｔｒａｎｓ−２−ペンテン、ｃｉｓ−２−ペンテン、１−ヘキセン、ｔｒａｎｓ−２−ヘキセン、ｃｉｓ−２−ヘキセン、ｔｒａｎｓ−３−ヘキセン、ｃｉｓ−３−ヘキセン、１−ヘプテン、ｔｒａｎｓ−２−ヘプテン、ｃｉｓ−２−ヘプテン、ｔｒａｎｓ−３−ヘプテン、ｃｉｓ−３−ヘプテン、１−オクテン、ｔｒａｎｓ−２−オクテン、ｃｉｓ−２−オクテン、ｔｒａｎｓ−３−オクテン、ｃｉｓ−３−オクテン、ｔｒａｎｓ−４−オクテン、ｃｉｓ−４−オクテン、１−ノネン、ｔｒａｎｓ−２−ノネン、ｃｉｓ−２−ノネン、ｔｒａｎｓ−３−ノネン、ｃｉｓ−３−ノネン、ｔｒａｎｓ−４−ノネン、ｃｉｓ−４−ノネン、１−デセン、ｔｒａｎｓ−２−デセン、ｃｉｓ−２−デセン、ｔｒａｎｓ−３−デセン、ｃｉｓ−３−デセン、ｔｒａｎｓ−４−デセン、ｃｉｓ−４−デセン、ｔｒａｎｓ−５−デセン、ｃｉｓ−５−デセン、４−メチル−１−ペンテン、及びビニルシクロヘキサン等が挙げられる。

≪可塑剤≫
透明シート状部材は、熱可塑性樹脂を含有する場合、さらに可塑剤を含有してもよい。透明シート状部材は可塑剤を含有することにより柔軟となり、その結果、積層構造体であるシート状構造体を柔軟にする。さらには、ガラス板に対する高い接着性を発揮することも可能になる。可塑剤は、熱可塑性樹脂としてポリビニルアセタール樹脂を使用する場合にあわせて含有させると特に効果的である。

上記可塑剤は、例えば、トリエチレングリコールジ−２−エチルブチレート、トリエチレングリコールジ−２−エチルヘキサノエート、トリエチレングリコールジカプリレート、トリエチレングリコールジ−ｎ−オクタノエート、トリエチレングリコールジ−ｎ−ヘプタノエート、テトラエチレングリコールジ−ｎ−ヘプタノエート、テトラエチレングリコールジ−２−エチルヘキサノエート、ジブチルセバケート、ジオクチルアゼレート、ジブチルカルビトールアジペート、エチレングリコールジ−２−エチルブチレート、１，３−プロピレングリコールジ−２−エチルブチレート、１，４−ブチレングリコールジ−２−エチルブチレート、１，２−ブチレングリコールジ−２−エチルブチレート、ジエチレングリコールジ−２−エチルブチレート、ジエチレングリコールジ−２−エチルヘキサノエート、ジプロピレングリコールジ−２−エチルブチレート、トリエチレングリコールジ−２−エチルペンタノエート、テトラエチレングリコールジ−２−エチルブチレート、ジエチレングリコールジカプリエート、トリエチレングリコールジ−ｎ−ヘプタノエート、テトラエチレングリコールジ−ｎ−ヘプタノエート、トリエチレングリコールジ−２−エチルブチレート、アジピン酸ジヘキシル、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ヘキシルシクロヘキシル、アジピン酸ジイソノニル、アジピン酸ヘプチルノニル、セバシン酸ジブチル、油変性セバシン酸アルキド、リン酸エステルとアジピン酸エステルとの混合物、アジピン酸エステル、炭素数４〜９のアルキルアルコール及び炭素数４〜９の環状アルコールから作製された混合型アジピン酸エステル、アジピン酸ヘキシル等の炭素数６〜８のアジピン酸エステル等が挙げられる。上記可塑剤のなかでも、トリエチレングリコール−ジ−２−エチルヘキサノエート（３ＧＯ）が特に好適に用いられる。

可塑剤の含有量は、特に限定されないが、熱可塑性樹脂１００質量部に対して、好ましい下限は３０質量部であり、好ましい上限は７０質量部である。可塑剤の含有量を３０質量部以上とすると、シート状構造体が適度に柔軟になり、取り扱い性等が良好になる。また、可塑剤の含有量を７０質量部以下とすると、透明シート状部材から可塑剤が分離することが防止される。可塑剤の含有量のより好ましい下限は３５質量部、より好ましい上限は６３質量部である。
また、本発明の透明シート状部材は、熱可塑性樹脂を含有する場合、熱可塑性樹脂、又は熱可塑性樹脂及び可塑剤が主成分となるものであり、熱可塑性樹脂及び可塑剤の合計量が、透明シート状部材全量基準で、通常７０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上である。

≪その他添加剤≫
透明シート状部材には、必要に応じて、酸化防止剤、接着力調整剤、顔料、染料等の添加剤を含有してもよい。
酸化防止剤は、特に限定されず、例えば、２，２−ビス［［［３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオニル］オキシ］メチル］プロパン−１，３−ジオール１，３−ビス［３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオナート］、４，４’−チオビス（６−ｔｅｒｔ−ブチル−３−メチルフェノール）、４，４’−ジメチル−６，６’−ジ（ｔｅｒｔ−ブチル）［２，２’−メチレンビス（フェノール）］、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、４，４’−ブチリデンビス−（６−ｔ−ブチル−３−メチルフェノール）等が挙げられる。

（第１の透明シート、第２の透明シート）
第１の透明シート及び第２の透明シートは、窓に使用可能なものであればよく、具体的な例としては、無機ガラス又は有機ガラスが挙げられる。無機ガラスとしては、特に限定されないが、クリアガラス、フロート板ガラス、磨き板ガラス、型板ガラス、網入り板ガラス、線入り板ガラス、グリーンガラス等が挙げられる。
また、有機ガラスとしては、特に限定されないが、ポリカーボネート、アクリル樹脂、アクリル共重合体樹脂、ポリエステルなどから構成される透明樹脂板が挙げられる。
第１の透明シート及び第２の透明シートは、互いに同種の材質から構成されてもよいし、別の材質から構成されてもよい。例えば、第１の透明シートが無機ガラスで、第２の透明シートが有機ガラスであってもよい。ただし、第１の透明シート及び第２の透明シートの両方が無機ガラスであるか、又は両方が有機ガラスであることが好ましい。

第１の透明シート及び第２の透明シートは、それぞれＴｖｉｓが高ければ高いほうがよいが、実用的には５０％以上、好ましくは６０％以上である。また、第１の透明シート及び第２の透明シートのそれぞれのＴｖｉｓは、１００％以下であればよく、実用的には９９％以下である。第１の透明シート及び第２の透明シートは、互いに可視光線透過率Ｔｖｉｓが同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、第１の透明シート及び第２の透明シートの厚さは、それぞれ０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．３〜７ｍｍがより好ましい。第１の透明シート及び第２の透明シートの厚さは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
なお、波長変換材料は透明シート状部材に含有されることが好ましいが、第１の透明シート又は第２の透明シートのどちらか一方、あるいは双方に含有されていてもよい。この場合、第１の透明シート又は第２の透明シート中に波長変換材料が分散しておくとよい。

シート状構造体が上記した積層構造体を有する場合の製造方法は特に限定されないが、例えば、第１の透明シート及び第２の透明シートの間に、少なくとも透明シート状部材を配置して、これらを圧着などすることで一体化することで製造すればよい。
なお、シート状構造体は、積層構造体である場合、上記した層構成のみに限定されず、他のいかなる層構成を有してもよい。例えば、第１の透明シート、透明シート状部材、第２の透明シート以外の層が設けられてもよいし、透明シート状部材と第１の透明シートなどとの接着性が低い場合は、その間に接着層を設けてもよい。また、波長変換材料から発光された光を、より効率的にシート状構造体の側に導き、発電効率を高める観点から、金属膜、熱線反射フィルム、赤外線反射フィルムなどの反射層を、例えば第２の透明シートの一方の表面などに設けてもよい。

また、シート状構造体は上記したいように１層単体であってもよい。シート状構造体が１層単体とすることで、単純な構造のシート状構造体とすることができる。シート状構造体が１層単体の場合は、前述した無機ガラス、有機ガラスなどに波長変換材料を含有させたものを使用できる。また、波長変換材料は、無機ガラス、有機ガラスなどに分散させればよい。
シート状構造体が１層単体である場合の波長変換材料の含有量はシート状構造体全量基準で０．００５〜２質量％であることが好ましく、０．０１〜１質量％であることがより好ましい。

上述したシート状構造体は、後述する太陽電池システムに用いることができる。具体的には、シート状構造体の周辺部に発電用セルを配置し、太陽電池システムとすることができる。

＜太陽電池システム＞
本発明の太陽電池システムは、シート状構造体と発電用セルとを備える。発電用セルは、シート状構造体の周辺部の少なくとも１箇所に配置される。発電用セルは、シート状構造体の内部において反射などされて、シート状構造体の側面に導かれた光を受光できるように配置されればよい。
図２は、シート状構造体２０と、発電用セル２１とを備える太陽電池システム２２の一例を示す。発電用セル２１は、一般的にシート状構造体２０の側面２０Ａの外側に配置される。このとき、発電用セル２１は、図２に示すように、シート状構造体２０の側面２０Ａに接触するように配置されてもよいし、シート状構造体２０の側面２０Ａから離れ、側面２０Ａに対向するように設けられてもよい。ただし、発電用セル２１は、側面の外側に設ける必要はなく、シート状構造体２０の周辺部に設ければよく、例えば、シート状構造体２０に埋設されていてもよい。

また、発電用セル２１は、図２に示すように、シート状構造体２０の厚さ方向の全体にわたって、シート状構造体２０内部に伝播される光を受光できるように配置されてもよいし、厚さ方向の一部において、シート状構造体２０内部に伝播される光を受光できるように配置されてもよい。

［発電用セル］
発電用セルは、光を電気に変換するセルであれば特に限定されない。ただし、発電用セルは、最大発光波長又はその近傍の光を高効率で電気に変換するものが好ましい。
また、発電用セルは、５００ｎｍ以上のいずれかの波長において発電効率が最も高くなることが好ましく、７８０〜１３００ｎｍのいずれかの波長において発電効率が最も高くなることがより好ましい。このように近赤外領域の光に対して発電効率が高いと、最大発光波長が近赤外領域にある場合に、発電効率を高くすることができる。
発電セルの具体例として、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系半導体を光電変換層に用いた発電用セル、ＣｕＩｎＳｅ系やＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ系、Ａｇ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ系、ＣｕＩｎＳ系、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ系、Ａｇ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ系やこれらの固溶体、ＣＩＳ系、ＣＩＧＳ系、ＧａＡｓ系、ＣｄＴｅ系などで代表される化合物系半導体を光電変換層として用いた発電用セル、有機色素などの有機材料を光電変換層に用いた有機系の発電用セルなどが挙げられる。
発電セルとしては、近赤外領域の光に対して発電効率を高くするために、シリコン系半導体、化合物半導体（ＣＩＳ、ＣＩＧＳ）を光電変換層に用いた発電用セルが好ましい。

本発明の太陽電池システムは、上記したように太陽電池システムを構成するシート状構造体の一方の面が太陽光が入射される屋外側に配置されて使用されるものである。本発明の太陽電池システムは、各種分野に使用可能であるが、自動車、電車、船舶などの各種乗り物、ビル、マンション、一戸建て、ホール、体育館などの各種建築物等の室外窓用に使用されることが好ましい。なお、室外窓とは、本明細書では、太陽光が入射される位置に配置される窓を意味する。したがって、室外窓は、通常、建築物の外面、乗り物の外面に配置されるものであるが、二重窓の内窓などでも、太陽光が入射される位置に配置されるならば、本明細書の室外窓に包含される。
また、太陽電池システムは、自動車においては、リアウィンドウ、サイドウィンドウ、ルーフウィンドウに使用すればよい。

本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、本発明における各物性の測定方法、評価方法は以下のとおりである。

［最大励起波長、最大発光波長］
最大励起波長は、装置堀場製作所Ｆｌｕｏｒｏｌｏｇ−３により３００〜５００ｎｍの励起光を照射したとき、最大発光波長の条件で検出した蛍光強度が最大となる励起光の波長である。最大発光波長は、最大励起波長の光を照射したときに、７８０〜１４００nmの条件で検出した発光強度が最大となる波長である。
［可視光線透過率Ｔｖｉｓ］
シート状構造体の３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の可視光線透過率Ｔｖｉｓは、ＪＩＳＲ３２１２に準拠して測定機器紫外可視赤外分光光度計（日立ハイテク社製、 ＵＨ４１５０）で測定し、以下の基準で評価した。
Ａ：６０％以上
Ｂ：６０％未満
［紫外線透過率Ｔｕｖ］
シート状構造体の３００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の紫外光線透過率Ｔｕｖは、ＪＩＳＲ３２１２に準拠して測定機器紫外可視赤外分光光度計（日立ハイテク社製、ＵＨ４１５０）で測定した。
［Ｔｖｉｓ−Ｔｕｖ］
得られた可視光線透過率Ｔｖｉｓと紫外光線透過率Ｔｕｖの差（Ｔｖｉｓ−Ｔｕｖ）を求め、以下の基準で評価した。
Ａ：５０％以上
Ｂ：５０％未満
［端部光量］
シート状構造体の表面に垂直方向（厚さ方向）に擬似太陽光を入射させ、透明シートの側面から出射される光の光量を測定し、１００×光量／入射エネルギーを端部光量（％）とした。擬似太陽光の光源としては、朝日分光株式会社製のソーラーシュミレーターＨＡＬ−Ｃ１００を用い、光量の測定は、朝日分光社製の光量チェッカーを用いた。
端部光量（％）は、以下の基準で評価した。
Ａ：１．５％以上
Ｂ：１．５％未満
［波長変換材料の平均粒径］
波長変換材料の平均粒径は堀場製作所社製ｎａｎｏ Ｐａｒｔｉｃａ ＳＺ−１００により測定した。

各実施例、比較例の透明シートに使用した各化合物、材料は、以下のとおりである。
＜ポリビニルブチラール樹脂＞アセタール化度１モル％、水酸基量３０．５モル％、重合度１７００
＜可塑剤＞トリエチレングリコールジ−２−エチルヘキサノエート（３ＧＯ）
＜酸化防止剤＞２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール（ＢＨＴ）
＜波長変換材料＞ＢａＳｎＯ_３
ＢａＳｎＯ_３は、以下の平均粒径の異なる７種類のＢａＳｎＯ_３を得た。
ＢａＳｎＯ_３（１）：平均粒径５０ｎｍ、最大励起波長３７０ｎｍ、最大発光波長８４０ｎｍ
ＢａＳｎＯ_３（２）：平均粒径１００ｎｍ、最大励起波長３７０ｎｍ、最大発光波長８４０ｎｍ
ＢａＳｎＯ_３（３）：平均粒径１０ｎｍ、最大励起波長３７０ｎｍ、最大発光波長８４０ｎｍ
ＢａＳｎＯ_３（４）：平均粒径４００ｎｍ、最大励起波長３７０ｎｍ、最大発光波長８４０ｎｍ
ＢａＳｎＯ_３（５）：平均粒径２０００ｎｍ、最大励起波長３７０ｎｍ、最大発光波長８４０ｎｍ
ＢａＳｎＯ_３（６）：平均粒径４５０ｎｍ、最大励起波長３７０ｎｍ、最大発光波長８４０ｎｍ
ＢａＳｎＯ_３（７）：平均粒径８ｎｍ、最大励起波長３７０ｎｍ、最大発光波長８４０ｎｍ
平均粒径は、焼成温度、焼成時間を変更して制御した。具体的には、焼成温度を高くしたり、焼成時間を長くしたりすることにより、ＢａＳｎＯ_３の平均粒径を大きくし、焼成温度を低くしたり、焼成時間を短くしたりすることにより、ＢａＳｎＯ_３の平均粒径を小さくした。
＜波長変換材料＞Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ，Ｙｂ：平均粒径５０ｎｍ、最大励起波長３６０ｎｍ、最大発光波長１０２０ｎｍ
＜波長変換材料＞Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｐｒ，Ｙｂ：平均粒径５０ｎｍ、最大励起波長４００ｎｍ、最大発光波長１０２０ｎｍ
＜波長変換材料＞２，５−ジヒドロキシテレフタル酸ジエチル Ａｌｄｒｉｃｈ社製
平均粒径５０ｎｍ、最大励起波長３９０ｎｍ、発光波長４２０ｎｍ
＜第１の透明シート＞ポリカーボネート板（ＰＣ板）
＜第１の透明シート＞ガラス板
＜第２の透明シート＞ポリカーボネート板（ＰＣ板）
＜第２の透明シート＞ガラス板

［実施例１］
（１）透明シート状部材の作製
ポリビニルブチラール樹脂１００質量部に対して、可塑剤４０質量部、酸化防止剤０．２質量部、波長変換材料としてＢａＳｎＯ_３（１）を０．０５質量部加えて混合した。混合物を二軸異方押出機により押出成形して、膜厚７６０μｍの透明シート状部材を作製した。
（２）シート状構造体（構造積層体）の作製
得られた透明シート状部材を縦３００ｍｍ×横３００ｍｍに切断した。第１の透明シート及び第２の透明シートとしてポリカーボネート板（厚さ５ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）を用い、これら２枚のポリカーボネート板の間に前記透明シート状部材を挟み込んで仮圧着させた。該仮圧着させたものを、オートクレーブ中で１５０℃、圧力１．２Ｍｐａの条件で３０分間圧着し、シート状構造体を得た。
得られたシート状構造体の評価結果を表１に示した。

［実施例２〜９、比較例１〜４］
用いた波長変換材料の種類及び量を表１〜３のとおり変更した以外は、実施例１と同様にして透明シート状部材を得た。次いで、第１の透明シート及び第２の透明シートを表１〜３のとおり変更した以外は、実施例１と同様にしてシート状構造体を得た。
得られたシート状構造体の評価結果を表１〜３に示した。

本発明で規定する特定の平均粒径及び最大発光波長を有する波長変換材料を含有するシート状構造体は、擬似太陽光を照射した場合に、端部光量が多くなり、かつ可視光線透過率Ｔｖｉｓが高く透明性にも優れていた（実施例１〜９）。一方、平均粒径又は発光波長が本発明の範囲外の波長変換材料を含有するシート状構造体を用いた場合には、可視光線透過率Ｔｖｉｓが低いか、又は端部光量が少なかった（比較例１〜４）。
以上の結果より、特定の波長変換材料を含有するシート状構造体と発電用セルとで少なくとも構成された本発明の太陽電池システムは、透明シートに照射された太陽光が、効率的に発電用セルに到達し、発電効率に優れることが分かった。

１０ 透明シート状部材
１１ 第１の透明シート
１２ 第２の透明シート
２０ 積層構造体
２０Ａ 側面
２１ 発電用セル
２２ 太陽電池システム

Claims (10)

1. 太陽光を吸収することで発電する太陽電池システムであって、
   前記太陽電池システムは、波長変換材料を含有するシート状構造体と前記シート状構造体の周辺部に配置された発電用セルを備え、
   前記波長変換材料の平均粒径が１０〜４００ｎｍ、最大発光波長が５００ｎｍ以上である、太陽電池システム。
2. 前記シート状構造体は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の可視光線透過率Ｔｖｉｓと３００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の紫外光線透過率Ｔｕｖとの差（Ｔｖｉｓ−Ｔｕｖ）が５０％以上である、請求項１に記載の太陽電池システム。
3. 前記シート状構造体の可視光線透過率Ｔｖｉｓが６０％以上である、請求項１又は２に記載の太陽電池システム。
4. 前記波長変換材料の最大発光波長が７８０ｎｍ以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池システム。
5. 前記波長変換材料の最大励起波長が４００ｎｍ以下である、請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池システム。
6. 前記波長変換材料の平均粒径が１０〜２００ｎｍである、請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池システム。
7. 前記シート状構造体が、波長変換材料を含有する透明シート状部材と前記透明シート状部材の両面に設けられる第１及び第２の透明シートとを備える積層構造体である、請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池システム。
8. 前記透明シート状部材が、樹脂を含有しており、該樹脂中に前記波長変換材料が分散されている、請求項７に記載の太陽電池システム。
9. 太陽電池システムに用いられるシート状構造体であって、
   前記シート状構造体は波長変換材料を含有し、
   前記波長変換材料の平均粒径が１０〜４００ｎｍ、最大発光波長が５００ｎｍ以上である、シート状構造体。
10. ３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の可視光線透過率Ｔｖｉｓと３００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の紫外光線透過率Ｔｕｖとの差（Ｔｖｉｓ−Ｔｕｖ）が５０％以上である、請求項９に記載のシート状構造体。

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