TWI469375B - 光再利用薄片、太陽電池模組及光源模組 - Google Patents

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Description

光再利用薄片、太陽電池模組及光源模組
本發明係關於一種光再利用薄片、使用該光再利用薄片之太陽電池模組及光源模組,該光再利用薄片係在至少一面上具有已形成之凹凸構造,且藉由光之繞射、散射、折射、或反射作用使光偏向特定方向,再次利用以往損失的光線。
再者,本發明係關於再利用使用該光再利用薄片之LED或EL元件等發光元件之光的薄片與使用該薄片之發光元件。
近年來,隨著太陽電池模組的普及,太陽電池模組正在各式各樣的領域被利用。
例如,太陽電池模組係使用於搭載在電子計算機等小型電子機器之較小的機器上,在作為家庭用之住宅係安裝太陽電池模組,在大規模的發電施設係使用大面積的太陽電池發電系統,再者太陽電池模組係用來作為人工衛星之電源。此類太陽電池模組係揭示於例如日本特開2001-295437號公報。
此種太陽電池係依照主要受光照射之面積按比例增加發電量。
因此,在提升發電效率上,除了改善封裝技術、製膜技術等之製造技術外,如何增大太陽電池模組之開口率(相對於總面積之可發電面積的比率)為重要的課題。
又,通常在太陽電池中,作為使用材料之種類分類為結晶矽系、非晶矽系、有機化合物系等,而且現今市場大多流通的結晶矽系太陽電池係分類為單結晶矽型及多結晶矽型、非晶質矽型。
單結晶矽型或多結晶矽型的太陽電池相對於其他太陽電池而言,由於基板品質良好,具有比較容易提高發電效率之優點。
然而,單結晶矽型或多結晶矽型之太陽電池具有材料成本所佔比率較高的問題(矽的成本高)。
又,用以將太陽電池芯貼付於模組之成本亦增加了製造成本。
於是,提議一種在太陽電池芯之構成構件的矽量為少,使用可利用CVD(Chemical Vapor Deposition)法等技術進行成膜的薄膜矽之太陽電池芯的技術。
然而,上述方式中特定紅外光由於容易透射薄膜矽之太陽電池芯,因此光的吸收率為低。
於是,為了提升光的利用效率,提議一種迫使所入射的光散射,藉由將透射薄膜矽之太陽電池芯的光之光程長度增長,提高光之利用效率的構造。
一般而言,非晶質矽太陽電池已知2種構造。
作為第1構造,已知在玻璃等透光性基板上形成SnO2 或ITO(氧化銦錫)等透明電導膜,在透明電導膜上依序積層非晶質半導體(Si)之p層、i層、n層而成的構造。
又,在該構造中,係在由p層、i層、及n層構成的積層體上依序形成透明導電膜及背面電極。
作為第2構造,已知在金屬基板電極之上依序形成非晶質半導體(Si)之n層、i層、p層而形成光電轉換活性層,在光電轉換活性層上積層透明電導膜及背面電極而成之構造。
特別地,第1構造具有下列優點。
具體而言,由於將非晶質半導體形成為p-i-n層的順序,因此能夠使透光性絕縁基板作為太陽電池之基底基板之機能,同時能夠使其作為被覆太陽電池之表面的保護玻璃(cover glass)之機能。
又,為了開發具有耐電漿性之SnO2 等所構成之透明電導膜,可在透明電導膜上以電漿CVD法形成由非晶質半導體所構成的光電轉換活性層。
由於具有此等優點,現今大多採用上述第1構造。
又,作為形成由非晶質半導所構成之光電轉換活性層的方法,能夠使用藉由將原料氣體輝光放電分解之電漿CVD法、或藉由光CVD法之氣相成長法。
藉由使用此等方法,可以形成大面積之薄膜。
又,非晶質Si太陽電池可在100℃~200℃左右之較低溫形成。
因此,作為用以形成非晶質Si太陽電池之基板,可使用各種材質之基板。
通常,宜使用之基板為玻璃基板或不銹鋼基板。
又,在非晶質Si太陽電池中,將光變換為電氣之變換效率為最大時,矽的光吸收層之膜厚為500nm左右。
因此,提高變換效率方面,在光吸收層的膜厚內使光吸收量增大係為重要。
為使變換效率提升,習知為藉由在玻璃基板上的表面形成具有凹凸之透明導電膜、在不銹鋼基板上的表面形成具有凹凸之金屬膜,以使光吸收層中之光的光程長度增加。
使用此種方法製造之太陽電池,光吸收層中的光程長度係增加,與在光吸收層的表面沒有形成凹凸的平坦基板上形成非晶質Si太陽電池之構造相比,光的利用效率係顯著地提升。
此外,在玻璃基板的表面上形成凹凸之一般方法,可舉出使用常壓CVD法形成透明電極之SnO2 膜的方法。
又,在不銹鋼等金屬基板上形成凹凸的方法,係使用當藉由蒸鍍法或濺鍍法形成Ag時,調整形成條件,於Ag形成後進行熱處理之方法。
如上述之薄膜太陽電池係具有在透光性絕縁基板之上依序形成透明導電膜、氫化非晶矽碳化物(a-SiC:H)p層、氫化非晶矽(a-Si:H)i層、氫化非晶矽(a-Si:H)n層、透明導電膜、及背面電極之構造。
於是如前所述,在玻璃基板的表面上形成凹凸形狀,藉此在玻璃基板的表面之上部所積層之透明導電膜、光電轉換活性層及透明導電膜的各層具有凹凸構造。
將薄膜太陽電池等之半導體元件形成在可撓性基板或輕量基板上時,係使用具有高耐熱性之聚醯亞胺樹脂。
此種在樹脂上形成凹凸之方法,例如揭示於特開平4-61285號公報等。
又,在特開平11-274533號公報中揭示藉由V型溝槽之周期構造,將光再度反射提高光之利用效率的技術,揭示V型溝槽頂角宜為50度~90度。
又,揭示V型溝槽之周期的節距宜為10μm~20μm。
又,將太陽電池芯401之配置間隔變窄時,產生漏流(leak current)。
因此,彼此相鄰的太陽電池芯401之間的區域(間隔G)為必要。
例如,如第39圖所示,已知在太陽電池模組400之背面配置背面構件402之構造。此種構造係揭示於例如,特開平11-307791號公報。
若為該構造,在入射太陽電池模組400的光H0之中,使入射至彼此鄰接之太陽電池芯401之間的區域之光H1藉由背面構件402將光H1反射或散射,得到光H2。
於是,藉由使光H2入射至太陽電池芯401,而將光再利用。
然而,在此種構造中,無法得到充分的發電效率。
又,在第39圖中,符號403為填充層,在該填充層403內,複數之太陽電池芯401係以一定之間隔來配列。
如上述,提高先前之太陽電池模組的每單位面積之發電效率的期望為多,但是由於有損失的光,故無法得到充分之發電效率。
又,在上述先前之方法中,在相鄰的太陽電池芯之間的區域以背面材使入射的光反射等,再次利用損失的光。然而,在此方法中,無法達成充分地再利用損失的光。因此,強烈期望更確實地再利用該損失光,謀求進一步發電效率之提升。
本發明係鑑於上述課題而成者,目的為藉由有效地再利用先前損失之光,提供可提升光之利用效率的光再利用薄片與使用該光再利用薄片之太陽電池模組。
特別地,本發明為了提升光之利用效率,目的為提供一種具有太陽電池芯的寬度、彼此鄰接之太陽電池芯的間隔G之間隔、光再利用薄片之位置、太陽電池芯之位置、太陽電池模組的厚度及最適凹凸形狀之光再利用薄片,並提供一種使用該光再利用薄片之太陽電池模組。
進一步地,本發明之目的為提供一種再利用使用上述光再利用薄片之LED或EL元件等的發光元件之光的薄片、與使用該薄片之發光元件。
為了達成上述目的,本發明第1態樣之光再利用薄片係包括凹凸形狀之反射面,為了使入射至太陽電池模組的光以入射至太陽電池芯的方式反射至特定方向;或使從光源模組之發光元件出射的光反射而在特定方向出射,故將前述反射面形成為滿足下式。
其中,太陽電池芯或發光元件之橫向尺寸係以Lx表示;太陽電池芯或發光元件之縱向尺寸係以Ly表示;表示反射面之凹凸形狀方向與太陽電池芯或發光元件之橫向的邊緣之夾角;A表示係透射相鄰的太陽電池芯之間,且在光再利用薄片反射而入射至太陽電池芯之受光面的光之最大寬度;或來自發光元件而不在特定方向射出,在光再利用薄片反射而在特定方向射出的光之最大寬度。
在本發明第1態樣之光再利用薄片中,較佳為當前述太陽電池芯或前述發光元件之前述橫向尺寸Lx與前述縱向尺寸Ly相同時,或長邊為短邊的2倍以下時,係以滿足=45度±20度的方式來形成前述反射面。
在本發明第1態樣之光再利用薄片中,較佳為當前述太陽電池芯或前述發光元件之前述橫向尺寸Lx與縱向尺寸Ly相異,長邊為短邊的2倍以上時,以滿足=60度±20度(Lx<Ly)或=30度±20度(Ly<Lx)的方式來形成前述反射面。
在本發明第1態樣之光再利用薄片中,較佳為前述太陽電池芯或前述發光元件之橫向或縱向的寬度係與前述光 之最大寬度A相同,前述橫向的寬度與前述光之最大寬度A相同時,以=0度的方式;前述縱向的寬度與前述光之最大寬度A相同時,以=90度的方式來形成前述反射面。
本發明第2態樣之太陽電池模組係包括將光予以入射之前面板;將經透射前述前面板的光予以透射之填充層;具有受光面以及與該受光面相反側之背面,藉由該填充層予以固定,將從該填充層所透射的光由該受光面受光,以將光變換為電氣之太陽電池芯;與配設成與該太陽電池芯之該背面相向,將透射相互鄰接的該太陽電池芯之間的光反射,且具有使該光在該太陽電池芯受光的凹凸形狀之反射面之光再利用薄片;前述光再利用薄片係使用上述第1態樣之光再利用薄片。
本發明第3態樣之光源模組係包括將光透射且具有射出面之填充層;具有發光面以及與該發光面相反側之背面,藉由該填充層予以固定,將電氣變換為光,且使該光從該發光面予以發光,而使該光在該填充層之射出面進行反射之發光元件;配設成相向於該發光元件之該背面,具有使在該填充層之該射出面所反射的光再度朝向該射出面進行反射之凹凸形狀之反射面的光再利用薄片;前述光再利用薄片係使用上述第1態樣之光再利用薄片。
本發明第4態樣之太陽電池模組係包括將光予以入射之前面板;將經透射該前面板的光予以透射之填充層;具有受光面以及與該受光面相反側之背面,藉由該填充層予以固定,將從該填充層所透射的光由該受光面受光,以將光變換為電氣之太陽電池芯;與配設成與該太陽電池芯之該背面相向,具有將沒有在該太陽電池芯之該受光面受光的光予以反射的凹凸形狀之反射面之光再利用薄片。在本發明第4態樣之太陽電池模組中,當將前述光再利用薄片之前述反射面與前述太陽電池芯之前述受光面的間隔以C表示、入射至前述光再利用薄片的光與在前述光再利用薄片反射的光之夾角以β表示、且將前述太陽電池芯之間隔的間隔以G表示時,前述反射面係滿足下式。
C ‧tanβ<G
在本發明第4態樣之太陽電池模組中,當前述太陽電池模組之前述入射面與前述光再利用薄片之前述反射面的間隔以H表示、前述太陽電池芯的寬度以W表示時,前述光再利用薄片之前述反射面較佳為滿足
或、
在本發明第4態樣之太陽電池模組中,前述光再利用薄片之前述反射面較佳為滿足
G=(2H -C )‧tanβ。
本發明第5態樣之太陽電池模組係包括將光予以入射之前面板;將經透射該前面板的光予以透射之填充層;具有受光面以及與該受光面相反側之背面,藉由該填充層予以固定,將從該填充層所透射的光由該受光面受光,以將光變換為電氣之太陽電池芯;以及配設成與該太陽電池芯之該背面相向,具有將沒有在該太陽電池芯之該受光面受光的光予以反射的凹凸形狀之反射面之光再利用薄片,當前述光再利用薄片之前述反射面與前述太陽電池芯之前述受光面的間隔以C表示時,前述反射面係滿足下式。
C =0
在本發明,藉由有效地再利用先前損失的光,可提高光之利用效率,能夠提升太陽電池模組之發電效率。
又,藉由使用前述光再利用薄片,能夠再利用LED或EL元件等發光元件之光,提高光之利用效率,可提供發光效率良好的發光元件。
較佳實施態樣
以下根據圖示說明本發明之實施形態。
又,在以下說明所用之各圖式,由於將各構件作為可辨識之大小,因此將各構件之縮小比例加以適宜變更。
(第1實施形態)
以下,參照第1圖~第19圖,說明本發明第1實施形態之光再利用薄片及太陽電池模組與發光元件。
在此,第1實施形態係關於將光偏向(反射)至特定方向,用以將習知損失的光再利用之光再利用薄片及具備其之太陽電池模組。
第1實施形態之太陽電池模組200係如第1圖所示,具備前面板10、填充層11與光再利用薄片12而構成。
前面板10係保護太陽電池芯1免於衝擊、污染、水分之浸入等,將太陽光或照明光等之光源S的光予以透射的板,係使用光透射率為高之透明材料而形成。
藉此,光源S的光為由太陽光‧照明光側F垂直地入射至入射面200a的光H0係入射至前面板10,而透射該前面板10,在填充層11射出。
又,入射面200a之法線NG係在平面P上將前面板10呈水平放置狀態下,與平面P之法線平行的方向,垂直地入射入射面200a的光H0係平行於該法線NG而入射至太陽電池模組200的光。
又,前面板10係用強化玻璃、藍寶石玻璃等之玻璃或PC(聚碳酸酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二酯)等之樹脂薄片而形成。
再者,前面板10若為強化玻璃,則前面板10的厚度係設定為約3~6mm。前面板10若為樹脂薄片,則前面板10的厚度係設定為100μm~3000μm。
此種射出前面板10的光所入射的填充層11為封裝太陽電池芯1的層。
於是,入射至前面板10的光H0係透射填充層11,成為往太陽電池芯1射出的光H10,其一部分係成為在光再利用薄片12射出的光H1。
又,該填充層11係使入射的光H0透射,因此係使用例如難燃性之EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)等光線透射率高的材料而形成。
太陽電池芯1係具有藉由光電效果將入射至受光面1a的光變換為電氣的機能。可使用單結晶矽型太陽電池、多結晶矽型太陽電池、薄膜矽型太陽電池、CdTe(Cd‧Te之化合物)系、CIGS(Cu‧In‧Ga‧Se之化合物)系等化合物薄膜太陽電池等許多種類之太陽電池芯。
又,該太陽電池芯1係以電極接續複數個而形成太陽電池模組200。
於是,從填充層11入射至太陽電池芯1的光H10係在該太陽電池芯1變換為電氣。
在此,通常對入射面200a斜向入射的光與垂直入射的光H0相比,在入射面200a反射的比率較多,直接地入射至太陽電池芯1的光變少,能夠用於發電的光變少。
因此,入射光H0係大略垂直地入射至入射面200a時,發電效率最高。
另一方面,第1實施形態之光再利用薄片12係如第1圖及第2圖所示,由具備構造層13、反射層14與基材15所構成。
構造層13之一面係形成為凹凸狀。
作為在構造層13形成凹凸形狀之方法,可舉出在形成有對應於反射面12a之凹凸形狀面的模型中塗布或注入熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂、或電子線硬化型樹脂等,在其上配置基材15,而在硬化處理後從壓模脫膜(stamper)之方法。
在此,光再利用薄片12係如第3圖所示,亦可不使用基材15而用構造層13與反射層14來構成。作為此種光再利用薄片12之製作方法,可舉出使用模型之沖壓法、澆鑄法、射出成形法等以進行成形之方法。
若為該方法,則可在與薄片形成的同時,形成凹凸形狀。
作為用以形成反射面12a之模型,可使用利用機械切削所製作之模型。
又,可使用將上述模型當作原版進一步複版而成之模型。
此種情況下,凹凸形狀之前端形狀方面,為了防止對凹凸形狀的前端造成損傷,期望凹凸形狀的前端係帶有球形之形狀。
又,反射面12a之凹凸形狀可具有周期構造。
再者,反射面12a之凹凸形狀亦可為如三角形、梯形、多角形之稜鏡狀的形狀、或柱面透鏡之各種透鏡‧稜鏡形狀或半球狀。
此時,反射面12a之凹凸形狀之構造的周期節距宜為300μm以下、更佳為200μm以下。
亦即,構造之周期節距比300μm大時,在將反射面12a時,由於無法將樹脂充分注入凹凸形狀的前端部分的模型,故成型性變差。
另一方面,若構造之周期節距為200μm以下,則即使以黏度較高之樹脂亦可成型。
又,如構造之周期節距為小時,難以製作模型,故宜為10μm以上、更宜為50μm以上。
亦即,若構造之周期節距比10μm小,則切削模型的時間為長,生產節拍遺漏而生產效率不佳。
若構造之周期節距比50μm小,則將反射面12a予以成形時,樹脂無法良好地進入凹凸形狀之溝槽,無法將凹凸形狀之前端部分形狀製作成模型的樣子。
再者,構造層13的厚度係沒有特別限定,惟考慮到凹凸形狀之構造高度時,為例如30μm以上、500μm以下。
又,上述製造法較佳為依照與以下材料之適性來適當地選擇。
用以形成構造層13之聚合物組成物中,亦可適當摻合聚合物組成物以外之例如散射反射體、硬化劑、可塑劑、分散劑、各種調平劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、黏性改質劑、潤潤滑劑、光安定化劑等。
又,作為上述聚合物組成物係無特別限定,可舉出例如聚(甲基)丙烯酸系樹脂、聚胺基甲酸酯系樹脂、氟系樹脂、聚矽氧系樹脂、聚醯亞胺系樹脂、環氧系樹脂、聚乙烯系樹脂、聚丙烯系樹脂、甲基丙烯酸系樹脂、聚甲基戊烯系樹脂、環狀聚烯烴系樹脂、丙烯腈-(聚)苯乙烯共聚物(AS樹脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹脂)等之聚苯乙烯系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚酯系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚醯胺醯亞胺系樹脂、聚芳基酞酸酯系樹脂、聚碸系樹脂、聚苯硫醚系樹脂、聚醚碸系樹脂、聚萘二甲酸乙二酯系樹脂、聚醚醯亞胺系樹脂、縮醛系樹脂、纖維素系樹脂等,此等聚合物可使用1種或混合2種以上而使用。
作為聚胺基甲酸酯系樹脂之原料的聚醇,可舉出例如將含羥基之不飽和單體的單體成分聚合而得之聚醇或以羥基過剩之條件而得的聚酯聚醇等,可將此等以單體或混合2種以上而使用。
作為含羥基之不飽和單體,可舉出(a)例如丙烯酸2-羥基乙酯、丙烯酸2-羥基丙酯、甲基丙烯酸2-羥基乙酯、甲基丙烯酸2-羥基丙酯、烯丙基醇、高烯丙基醇(homoallyl alcohol)、桂皮醇、巴豆醇等之含羥基之不飽和單體、(b)例如乙二醇、環氧乙烷、丙二醇、環氧丙烷、丁二醇、環氧丁烷、1,4-雙(羥基甲基)環己烷、苯基縮水甘油基醚、癸酸縮水甘油基酯、Placcel FM-1(Daicel化學工業股份有限公司製)等之2價醇或環氧化合物與例如丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、富馬酸、巴豆酸、衣康酸等之不飽和羧酸之反應而得的含羥基之不飽和單體等。
可將從此等含羥基之不飽和單體所選出之1種或2種以上聚合來製造聚醇。
又,上述聚醇係可藉由將由丙烯酸乙酯、丙烯酸n-丙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸n-丁酯、丙烯酸tert-丁酯、丙烯酸乙基己酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸n-丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸n-丁酯、甲基丙烯酸tert-丁酯、甲基丙烯酸乙基己酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸環己酯、苯乙烯、乙烯基甲苯、1-甲基苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、乙酸烯丙酯、己二酸二烯丙酯、衣康酸二烯丙酯、馬來酸二乙酯、氯乙烯、偏二氯乙烯、丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺、N-丁氧基甲基丙烯醯胺、二丙酮丙烯醯胺、乙烯、丙烯、異戊二烯等所選出之1種或2種以上的乙烯性不飽和單體、與由上述(a)及(b)所選出之含羥基之不飽和單體進行聚合而製造。
在此,將具有含羥基之不飽和單體的單體成分聚合而得的聚醇之數量平均分子量為1000以上500000以下、較佳為5000以上100000以下。
又,其羥基價為5以上300以下、較佳為10以上200以下、更佳為20以上150以下。
以羥基過剩之條件而得的聚酯聚醇係使(c)例如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、己二醇、癸二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、三羥甲基丙烷、己三醇、甘油、新戊四醇、環己二醇、加氫雙酚A、雙(羥基甲基)環己烷、氫醌雙(羥基乙基醚)、參(羥基乙基)三聚異氰酸酯、伸苯二醇等之多價醇、與(d)例如馬來酸、富馬酸、琥珀酸、己二酸、癸二酸、壬二酸、苯三甲酸、對酞酸、酞酸、異酞酸等之多元酸,在丙烷二醇、己二醇、聚乙烯二醇、三羥甲基丙烷等之多價醇中的羥基數比前述多元酸的羧基數多之條件進行反應而製造。
在上述羥基過剩條件而得之聚酯聚醇的數量平均分子量為500以上300000以下、較佳為2000以上100000以下。
又,其羥基價為5以上300以下、較佳為10以上200以下、更佳為20以上150以下。
作為聚合物組成物之聚合物材料所用之聚醇,係將上述聚酯聚醇及包含上述含羥基之不飽和單體的單體成分聚合而得,且較佳為具有(甲基)丙烯醯基單位等之丙烯醯基聚醇。
若將聚酯聚醇或丙烯醯基聚醇作為聚合物材料,則耐候性高,可抑制構造層3之泛黃等。
此外,可使用該聚酯聚醇與丙烯醯基聚醇之任一者,亦可使用兩者。
又,上述聚酯聚醇及丙烯醯基聚醇中的羥基個數只要為在每1分子內有2個以上則無特別限定。當固體成分中的羥基價為10以下時,則交聯點數減少,且有耐溶劑性、耐水性、耐熱性、表面硬度等之被膜物性降低的傾向。
再者,在形成構造層13之聚合物組成物中,為使反射性能、耐熱性能提高,宜含有散射反射體。
藉由在聚合物組成物中含有散射反射體,可提高構造層13或光再利用薄片12之耐熱性,且只要使用折射率與聚合物組成物大為不同的材料則可使光反射。
又,如此進行得到充分的反射率時,亦可如第4圖或第5圖所示不設置反射層(金屬反射層)14。
作為構成該散射反射體劑之無機物係無特別限定。作為無機物,較佳為使用無機氧化物。
該無機氧化物可使用矽石等,亦可使用矽石之中空粒子。
又,亦可使用ZnS等之金屬化合物,惟在此情況下特別希望為Tio2 、ZrO、Al2 O3 等之金屬氧化物。
其中,TiO2 由於折射率高、亦可容易得到分散性,故較佳。
再者,散射反射體的形狀可為球狀、針狀、板狀、鱗片狀、破碎狀等之任意粒子形狀,沒有特別限定。
散射反射體之平均粒子徑的下限,較佳為0.1μm,上限較佳為30μm。
平均粒子徑比0.1μm小時,無法將光充分地反射。
又,平均粒子徑比30μm大時,粒子所引起的凹凸出現在表面上,而難以形成期望之凹凸形狀。
散射反射體相對於100份聚合物組成物之調配量的下限,以固體成分換算,較佳為30份。
另一方面,散射反射體之上述調配量的上限較佳為100份。
其係因為無機填充劑之調配量比30份少時,由填充層11入射至構造層12的光H1會無法充分地反射。
相反地,調配量大於100份時,成型性變差。
作為上述散射反射體,可在其表面使用有機聚合物固定之材料。
藉由使用如此有機聚合物固定之散射反射體,能謀求在聚合物組成物中的分散性或與聚合物組成物的親和性提升。
關於該有機聚合物,其分子量、形狀、組成、官能基之有無等係無特別限定,可使用任意之有機聚合物。
又,關於有機聚合物的形狀,可採用直鏈狀、分枝狀、交聯構造等之任意形狀。
構成上述有機聚合物之具體樹脂,可舉出例如,(甲基)丙烯酸樹脂、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯等之聚烯烴、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯等之聚酯與此等共聚物、或以胺基、環氧基、羥基、羧基等之官能基部分改性之樹脂等。
其中,具有以含(甲基)丙烯酸系樹脂、(甲基)丙烯酸-苯乙烯系樹脂、(甲基)丙烯酸-聚酯系樹脂等之(甲基)丙烯醯基單位的有機聚合物作為必須成分之材料,由於具有被膜形成能,故為較佳。
又,構成有機聚合物之具體樹脂,較佳為與上述聚合物組成物具有相溶性的樹脂,因此最佳為具有與聚合物組成物相同組成的材料。
作為上述聚合物組成物,較佳為具有環烷基之聚醇。
藉由在作為聚合物組成物的聚醇中導入環烷基,聚合物組成物的撥水性、耐水性等之疏水性提高,可改善在高溫高濕條件下的構造層13或光再利用薄片12之耐撓曲性、尺寸安定性等。
又,構造層13之耐候性、硬度、耐溶劑性等之塗膜基本性能係提高。
再者,與在表面固定有有機聚合物之散射反射體的親和性及散射反射體的分散性變得更為良好。
又,在聚合物組成物中可含有作為硬化劑之異氰酸酯。
如此地在聚合物組成物中含有異氰酸酯硬化劑,能夠進一步地成為強固之交聯構造,構造層13的被膜物性係更為提高。
作為該異氰酸酯,可使用與上述多官能異氰酸酯化合物相同的物質。
其中,較佳為防止被膜之泛黃色的脂肪族系異氰酸酯。
又,散射反射體亦可在內部包含有機聚合物。
藉此,可在散射反射體的核之無機物賦予適度軟度與韌性。
上述有機聚合物較佳為含烷氧基,其含量沒有特別限定,較佳為每1g散射反射體含0.01mmol以上50mmol以下。
藉由烷氧基,能夠提高與聚合物組成物之親和性、或在聚合物組成物中之分散性。
上述烷氧基係表示與形成微粒子骨架之金屬元素鍵結的RO基。
該R係亦可經取代的烷基,微粒子中的RO基係可相同或相異。
R之具體例方面可舉出甲基、乙基、n-丙基、異丙基、n-丁基等。
較佳為使用與構成散射反射體之金屬相同的金屬烷氧基,散射反射體為膠狀矽石時,較佳為使用將矽作為金屬之烷氧基。
關於固定有機聚合物之散射反射體的有機聚合物含有率係無特別限制,將散射反射體作為基準則為0.5質量%以上50質量%以下。
又,如第1圖及第2圖所示,用反射層14構成光再利用薄片12時,為了提升其之緊密接著性等,宜對反射層14之蒸鍍對象面(構造層13的表面)施加表面處理。
作為此表面處理,可舉出例如(a)電暈放電處理、臭氧處理、使用氧氣或氮氣等之低溫電漿處理、輝光放電處理、使用化學藥品等之氧化處理、及(b)底漆(primer coat)處理、底塗處理、結合層(anchor coat)處理、蒸鍍結合層處理等。
此等表面處理之中,較佳為提高與反射層14之接著強度,能夠形成緻密且均勻的反射層14之電暈放電處理及結合層處理。
在上述結合層處理所用之結合層劑,可舉出例如聚酯系結合層劑、聚醯胺系結合層劑、聚胺基甲酸酯系結合層劑、環氧系結合層劑、苯酚系結合層劑、(甲基)丙烯酸系結合層劑、聚乙酸乙烯酯系結合層劑、聚乙烯或聚丙烯等之聚烯烴系結合層劑、纖維素系結合層劑等。
此等結合層劑之中,特佳為能夠更提升反射層14之接著強度的聚酯系結合層劑。
上述結合層劑之塗覆(coating)量(固體成分換算)為1g/m2 以上、較佳為3g/m2 以下。
結合層劑之塗覆量少於1g/m2 時,反射層14之密接性提升效果變小。
另一方面,結合層劑之塗覆量比3g/m2 多時,有光再利用薄片12之強度、耐久性等降低之虞。
又,上述結合層劑中,可適宜混合用以提高緊密接著性之矽烷偶合劑、用以防止沾黏之沾黏防止劑、用以提高耐候性等之紫外線吸收劑等各種添加劑。
添加劑之混合量,由添加劑之效果顯現與結合層劑之機能阻礙的平衡而言,較佳為0.1重量%以上10重量%以下。
上述添加劑小於0.1重量%則無法充分地防止沾黏,不能充分地得到耐候性,比10重量%多時,會阻礙頂塗劑之機能。
另一方面,反射層14係將入射至光再利用薄片12的光予以反射之層,係例如沿著構造層13之形成有凹凸形狀的面蒸鍍金屬所形成。
用以形成反射層14之蒸鍍裝置,只要不導致構造層13收縮、泛黃等之惡化、能夠蒸鍍金屬,則無特別限定。可採用(a)真空蒸鍍法、濺鍍法、離子鍍敷法、離子團簇法(ionized cluster beam)等之物理氣相成長法(Physical Vapor Deposition法:PVD法)、(b)電漿化學氣相成長法、熱化學氣相成長法、光化學氣相成長法等之化學氣相成長法(Chemical Vapor Deposition法:CVD法)。
此等蒸鍍法之中,較佳為生產性高且能夠形成良質之反射層4的真空蒸鍍法或離子鍍敷法。
又,在反射層14所用的金屬,只要具有金屬光澤且可蒸鍍則無特別限定。在反射層14所用的金屬可舉出例如鋁、銀、金、鎳、錫、鋯等。
其中,較容易形成反射性高且緻密之反射層14的鋁為較佳。
又,反射層14可為單層構造,亦可為2層以上之多層構造。
且,反射層14為多層構造時,由於蒸鍍之際耗費的熱負擔減輕,而減低了構造層13之惡化,能夠進一步改善構造層13與反射層14之密接性等。
又,此時亦可在金屬膜上設置氧化金屬層。
再者,上述物理氣相成長法及化學氣相成長法中之蒸鍍條件,係依照構造層13或基材15之樹脂種類、反射層14的厚度等予以適宜設計。
反射層14的厚度的下限較佳為10nm、特佳為20nm。
另一方面,反射層14的厚度之上限較佳為200nm、特佳為100nm。
反射層14的厚度比10nm之下限小時,無法充分地反射從填充層11入射至反射層14的光。
又,即使是20nm以上的厚度,在上述反射層14所反射的光也不會增加,因此若為20nm即可稱得上足夠的厚度。
另一方面,反射層14的厚度若超過200nm之上限時,會產生即使目視反射層14也可確認之裂痕。
又,反射層14之外側宜施加頂塗處理。
如此在反射層14之外側施加頂塗處理,反射層14係被封裝及保護,結果光再利用薄片12的處理性變佳。
又,也抑制了反射層14之經年惡化。
作為上述頂塗處理所用之頂塗劑,可舉出例如聚酯系頂塗劑、聚醯胺系頂塗劑、聚胺基甲酸酯系頂塗劑、環氧系頂塗劑、苯酚系頂塗劑、(甲基)丙烯酸系頂塗劑、聚乙酸乙烯酯系頂塗劑、聚乙烯或聚丙烯等之聚烯烴系頂塗劑、纖維素系頂塗劑等。
頂塗劑之中,特佳為與反射層14之接著強度高,能達成反射層14的表面保護、缺陷之封裝等的聚酯系頂塗劑。
上述頂塗劑之塗覆量(固體成分換算)較佳為3g/m2 以上、7g/m2 以下。
頂塗劑之塗覆量比3g/m2 小時,封裝及保護反射層14的效果有變小之虞。
另一方面,頂塗劑之塗覆量即使大於7g/m2 ,也不會增加上述反射層14之封裝及保護效果,此外光再利用薄片12的厚度會增大。
又,上述頂塗劑中,可適宜混合用以提升緊密接著性之矽烷偶合劑、用以提升耐候性等之紫外線吸收劑、用以提升耐熱性等之無機填料等各種添加劑。
添加劑之混合量,從顯現添加劑之效果與頂塗劑之機能阻害的平衡而言,較佳為0.1重量%以上10重量%以下。
上述添加劑小於0.1重量%則無法充分得到緊密接著性、耐候性、耐熱性,比10重量%多時則阻礙頂塗劑之機能。
構成上述光再利用薄片12之基材15係將合成樹脂作為材料,利用薄片成形而形成。
作為在基材15所用之合成樹脂,鑑於設置於屋外期望為具有耐水性、對紫外線之耐久性等耐候性的材料。可舉出例如聚對苯二甲酸乙二酯樹脂(PET樹脂)等之聚乙烯系樹脂、聚丙烯系樹脂、甲基丙烯酸系樹脂、聚甲基戊烯系樹脂、環狀聚烯烴系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、丙烯腈-(聚)苯乙烯共聚物(AS樹脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹脂)、聚氯乙烯系樹脂、氟系樹脂、聚(甲基)丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚酯系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚醯亞胺系樹脂、聚醯胺醯亞胺系樹脂、聚芳基酞酸酯系樹脂、聚矽氧系樹脂、聚碸系樹脂、聚苯硫醚系樹脂、聚醚碸系樹脂、聚萘二甲酸乙二酯系樹脂、聚醚醯亞胺系樹脂、環氧系樹脂、聚胺基甲酸酯系樹脂、縮醛系樹脂、纖維素系樹脂等。
上述樹脂之中,作為具有高耐熱性、強度、耐候性、耐久性、對水蒸氣等之氣體遮蔽性等的樹脂,較佳為聚醯亞胺系樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酯系樹脂、氟系樹脂、聚乳酸系樹脂。
作為上述聚酯系樹脂,可舉出例如聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯等。
此等聚酯系樹脂之中,特佳為耐熱性、耐候性等之各機能面及價格面之平衡良好的聚對苯二甲酸乙二酯。
作為上述氟系樹脂,可舉出例如聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚之共聚物所構成的全氟烷氧基樹脂(PFA)、四氟乙烯與六氟丙烯之共聚合物(FEP)、四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚與六氟丙烯之共聚合物(EPE)、四氟乙烯與乙烯或丙烯之共聚合物(ETFE)、聚氯三氟乙烯樹脂(PCTFE)、乙烯與氯三氟乙烯之共聚合物(ECTFE)、偏二氟乙烯系樹脂(PVDF)、氟乙烯系樹脂(PVF)等。
此等氟系樹脂之中,特佳為強度、耐熱性、耐候性等優異之聚氟乙烯系樹脂(PVF)、四氟乙烯與乙烯或丙烯之共聚合物(ETFE)。
作為上述環狀聚烯烴系樹脂,可舉出例如a)使環戊二烯(及其衍生物)、二環戊二烯(及其衍生物)、環己二烯(及其衍生物)、降冰片二烯(及其衍生物)等之環狀二烯聚合而成之聚合物、b)使環狀二烯與乙烯、丙烯、4-甲基-1-戊烯、苯乙烯、丁二烯、異戊二烯等之烯烴系單分子之1種或2種以上共聚合而成的共聚合物等。
此等環狀聚烯烴系樹脂之中,特佳為強度、耐熱性、耐候性等優異之環戊二烯(及其衍生物)、二環戊二烯(及其衍生物)或降冰片二烯(及其衍生物)等之環狀二烯之聚合物。
此外,作為基材15之形成材料,可使用上述合成樹脂之1種或混合2種以上。
又,在基材15之形成材料中,為了改良、改質加工性、耐熱性、耐候性、機械的性質、尺寸安定性等之目的,可混合各種添加劑等。
作為該添加劑,可舉出例如潤滑劑、交聯劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、光安定化劑、填充材、強化纖維、補強劑、抗靜電劑、難燃劑、耐焰劑、發泡劑、防黴劑、顏料等。
作為上述基材15之成形方法並無特別限定,可採用例如擠出法、澆鑄成形法、T型模口法、切削法、吹塑法等之公知方法。
又,使用基材15的情況下,其厚度較佳為25μm以上、500μm以下,特佳為250μm以下。
若基材15的厚度比25μm薄時,由於紫外線硬化樹脂等之硬化收縮的影響,於構造層13的塗布加工時發生捲曲,於組入太陽電池模組200之際發生不適合。
相反地,基材15的厚度大於500μm時,膜重量增加,太陽電池模組200的重量亦為增加。
若為250μm以下,則可實現更輕量之太陽電池模組200。
又,在基材15或構造層13中亦可含有紫外線安定劑或在分子鏈上結合有紫外線安定基之聚合物。
藉由該紫外線安定劑或紫外線安定基,因紫外線所發生之自由基、活性氧等被惰性化,能夠提升光再利用薄片12的紫外線安定性、耐候性等。
作為該紫外線安定劑或紫外線安定基,適合使用對紫外線之安定性高的受阻胺系紫外線安定劑或受阻胺系紫外線安定基。
且,具備由上述構成而成的光再利用薄片12之第1實施形態之太陽電池模組200中,如第1圖所示,具有以凹凸構造之反射面12a反射透射太陽電池芯1本身的光、或入射相鄰的太陽電池芯1之間(間隔G)的光H1之機能。
所反射的光H2係在前面板10與大氣之間等界面再度反射,成為入射至太陽電池芯1之受光面1a的光H3而進行光電轉換。
藉此,與沒有光再利用薄片12之構成相比,第1實施形態之太陽電池模組200藉由具備光再利用薄片12,而將透射相鄰的太陽電池芯1之間(間隔G)、以往成為損失的光予以反射,使該損失光再度入射至太陽電池芯1的受光面1a,而得到光利用效率之提升效果。
又,此時反射光H2的前進方向係可藉由反射面12a之凹凸構造來控制,可將大部分的光入射至受光面1a。
在此,針對反射面12a之凹凸構造使用其之法線N0進行說明。
此外,反射面12a之法線N0係如第6圖所示,正交於在反射面12a上之任意一點的接平面之直線。
又,反射面12a之角度θ係反射面12a之法線N0與薄片法線NB之交叉角度。
通常,薄片法線NB係配置成對於入射面200a之法線NG呈平行狀態,因此入射光H1係對薄片法線NB平行地入射。
反射光H2之反射率係如第7圖所示,因其對入射面200a之入射角度而大幅變化。
又,已知將臨界角θc當作邊界,反射率係大幅變化。
於是,若將前面板10之折射率當作ng時,該臨界角θc係以式(1)表示,在該臨界角θc以上之角度入射至入射面200a的光H2係在入射面200a全反射。
θ C =arcsin(1/ ng )…(1)
又,將填充層11之折射率當作ne、對於反射光H2之法線NG之角度當作θ2時,由司乃爾定律(Snell’s Law),臨界角θc與反射光H2對於法線NG的角度θ2之間係成立式(2)的關係。
ng ‧sinθ C = ne ‧sinθ 2 …(2)
於是,由該式(1)與式(2),反射光H2對於之法線NG之角度θ2係為式(3)。
θ 2 =arcsin(1/ n e )…(3)
此外,填充層11係由複數層所成時,若將反射面12a上材料之折射率作為N0,與上述同樣地,反射光H2對法線NG之角度θ2係為式(4)。
θ 2 = arcsin(1/ no )…(4)
因此,該θ2在反射面12a之角度為θ時,係為式(5)。
θ 2 =2‧θ…(5)
又,反射面12a之角度θ係由式(6)所示時,反射光H2係在前面板10全反射。
於是,光再利用薄片12具有將入射至太陽電池芯1之間(間隔G)的光H1在反射面12a反射之機能。因此,所反射的H2係在前面板10與大氣之間的界面再度反射,成為入射至太陽電池芯1之受光面1a的光H3而進行光電轉換。
藉此,與沒有光再利用薄片12之構成相比,可得光利用效率提升之效果。
另一方面,藉由該光再利用薄片12之效果係僅在太陽電池芯1及光再利用薄片12之尺寸‧配置、入射光H1與射出光H2之夾角β的關係為適當範圍的情況下發揮。
於是,太陽電池模組200係具有太陽電池芯1之2次元陣列。因此,可將光再利用薄片12設置在垂直方向、水平方向、或斜向。藉由考慮縱向與橫向之間隔的關係,同時在最適角度設置光再利用薄片12,能夠提高其效果。
以下參照第8A圖~第13圖,分別說明改變作為上述太陽電池芯1及光再利用薄片12之尺寸.配置.旋轉角度之太陽電池芯1間的間隔G、於太陽電池芯1間的間隔G之中在受光面1a中反射光H2所入射的區域A、太陽電池芯1之縱.橫尺寸Lx及Ly的各種情形。
此外,在第8A圖~第13圖,由於為尺寸.配置及入射光H1與射出光H2之夾角β的關係說明,因此有時沒有圖示光再利用薄片12的反射面12a之凹凸形狀。
第8A圖係在設置於上下(於圖示之y方向)的太陽電池芯1間之間隔G,將光再利用薄片12之凹凸形狀方向在太陽電池芯1彼此的長度方向之間隔接合(圖示之x方向)。
第8B圖係表示第8A圖之P-P’截面構造。
從太陽電池芯1正面(+z方向)入射的光之一部份係入射至光再利用薄片12,於y方向(決定PP’與z之面內)反射,然後在前面板10再度反射而到達太陽電池芯1。
第9A圖係在設置於上下(圖示之y方向)的太陽電池芯1間之間隔G,光再利用薄片12之凹凸形狀方向係不在太陽電池芯1彼此之長方向的間隔接合,而以旋轉角度(反射面12a之凹凸形狀方向與太陽電池芯1之橫向的邊緣為所夾角度)來設置(從圖示之x方向開始的角度)。
第9B圖係表示第9A圖之Q-Q’截面構造。
Q-Q’的線係與再利用薄片20之旋轉角度成垂直(90度)。
與太陽電池芯1彼此間的間隔G相比,G’較大。
在此,由太陽電池芯1正面(+z方向)所入射的光之一部份係入射至光再利用薄片12,於y+方向(決定QQ’與z之面內)反射,進一步在前面板10再度反射而到達太陽電池芯。
此外,由於具有對稱關係,因此旋轉角度之範圍係以式(7)限制。
於是,比較第8B圖與第9B圖時,藉由光再利用薄片12之旋轉角度,在截面上太陽電池芯1彼此間的間隔係由G變化為G’。
亦即,藉由光再利用薄片12之旋轉角度,太陽電池芯1彼此之間所見的間隔擴大,光再利用薄片12之效率提升的可能性提高。
另一方面,由於具有太陽電池芯1之橫.縱的尺寸,也有無法使在光再利用薄片12所反射的光再度入射至太陽電池芯1之可能性。
因此,以下以數式求出可再度入射之面積比率,進行其評價以求出最適條件。
第10圖係以光再利用薄片12成為最大效率的方式,充分擴大太陽電池芯1之間的間隔G之例子。
亦即,相鄰的太陽電池芯1彼此係配置成不干涉光之可再利用區域。
在該第10圖中,在反射光H2入射至太陽電池芯1之受光面1a的區域A、與在反射光H2所入射之太陽電池芯1側的太陽電池芯1之受光面1a中反射光H2未入射之區域B的交界,所入射之光H11的反射光H2,係入射至受光 面1a之入射光H11側端部WN、與受光面1a之入射光H11側端部WF之間。
又,在反射光H2入射之太陽電池芯1的相反側之太陽電池芯1的受光面1a中,反射光H2未入射之區域B的交界所入射之H12的反射光H2係入射至受光面1a之入射光H11側端部WN。
於是,不干涉相鄰的太陽電池芯1彼此的光之可再利用區域的條件係以下式(8)與式(9)表示。
第11圖係以式(8)與式(9)之條件求出太陽電池芯1之間的間隔G,表示光再利用薄片12之旋轉角度的狀態。
又,此時,旋轉角度係滿足式(7)之條件。
再者,太陽電池芯1為橫向(x方向)的尺寸Lx與縱向(y方向)的尺寸Ly。
如第10圖所示,在第11圖中,於太陽電池芯1光的可再利用區域係以符號A表示。A的距離為將太陽電池芯1的側面作為基點之距離。如第11圖所示,A之距離係從光再利用薄片12之旋轉角度到垂直方向之距離。
於是,由於具有光再利用薄片12,因此從太陽電池芯1的四個側面可使再利用光入射至受光面1a。
在第11圖,僅顯示太陽電池芯1之側面1e與1c的再利用區域,將從縱向側面1e到水平方向之光再利用區域示為Sx、從橫向側面1c到垂直方向的光再利用區域示為Sy。
然而,在該光再利用區域Sx、Sy無法使反射光H2入射至太陽電池芯1。
可實際入射之領域係該光再利用區域Sx、Sy與太陽電 池芯1之交叉面。
在第11圖,將從太陽電池芯1之縱向側面1e入射至受光面1a的光之再利用區域當作Tx,從太陽電池芯1之橫向側面1c入射至受光面1a的光之再利用區域當作Ty。
於是,該Tx、Ty係以式(10)與式(11)表示。
再者,當將從四個側面入射至太陽電池芯1而可再利用的光之區域以f表示時,則為式(12)。
於是,由式(10)與式(11),區域f可以式(13)表示。
於是,如果必須知道最大可再利用光的區域之最適旋轉角度,亦可使用由式(13)所求得之式(14)。
第12圖係表示由式(13)計算而得之區域f。
該計算係使用式(7)、式(8)與式(9)。
又,太陽電池的面積(Lx×Ly)為固定,但由於比較太陽電池芯1之形狀影響(正方形、長方形的影響),因此顯示變換Ly/Lx之結果。
正方形的太陽電池芯1時,區域f係在旋轉角度為45度時得到最大值。
旋轉角度比45度小時,區域f變小,0度時為最低 值。
同樣地,旋轉角度比45度大時,區域f變小,90度時為最低值。
又,旋轉角度為90度與0度時,區域f為相同數值。
又,此結果亦可由式(14)得出。
此時,正方形的太陽電池芯1成為式(15)。
Lx =Ly =L …(15)
又,A的條件僅為式(9),因此各種A必須使式(16)成立。
因此,式(17)成立,藉此,得到式(18)。
另一方面,調查太陽電池芯1為長方形時,區域f成為最大值之旋轉角度。
模擬係設定太陽電池芯1之縱向尺寸Ly比橫向尺寸Lx長的條件,在第12圖中描繪Ly/Lx從2~5。
從該圖,可知區域f成為最大值並非在45度。
又,亦可知Ly/Lx的比率變大時,最適旋轉角度靠近90度。
再者,亦可知Ly/Lx的比率變大時,除最大區域f外均變大。
亦即,確認了在欲得到最大再利用光的情況,太陽電池芯1為長方形比正方形更佳,而且長邊與短邊相比更長者更為良好。
例如,由第12圖,Ly/Ly為1時,最適旋轉角度靠 近45度,區域f為1.0;Ly/Ly為2時,最適旋轉角度靠近60度,區域f為約1.1;Ly/Ly為3時,最適旋轉角度靠近70度,區域f為約1.3。
在受光面1a反射光所入射之區域A的最大值亦可不考慮太陽電池芯1間之間隔G,因此可簡單地計算。
由第10圖,從太陽電池之前面200a至光再利用薄片12的高度H、與光再利用薄片12之反射面12a及太陽電池芯1之受光面1a的間隔C、入射光H0與反射光H2之夾角β,求出式(19)。
A Max =2(H -C ).tanβ…(19)
於是,由該式(19),可知為使在受光面1a反射光H2所入射之區域Amax增大,可增大H、減小C,不能增大β。
另一方面,為了增大β而增大稜鏡角度時,由於稜鏡角度變大,在一個稜鏡所反射之光撞上相鄰之稜鏡,光線的角度改變,而有無法成為全反射條件之虞。
為了防止此種干涉,必須使β之角度範圍為60度~40度左右。
又,如此情況下,例如,在太陽電池之構成(H-C)為5mm左右、β為60度左右,Amax成為17mm左右。
考慮一般太陽電池芯1之大小時,式(7)~式(14)係相當適合。
第13圖及第14圖係對於一般太陽電池芯1之3種尺寸(正方形的太陽電池芯1的尺寸寬度156mm(Case1)、78mm(Case2)、39mm(Case3)),將上述Amax設為17mm時,比較最適旋轉角度與再利用區域f的圖。
在第13圖係與上述相同,將太陽電池芯1的形狀作為 長方形時,最適旋轉角度從45度變化至90度。
又,太陽電池芯1為小時,其變化較早。
例如,Ly/Lx為3的情況下,最適旋轉角度在Case1、Case2、Case3分別為75度、78度、85度。
在第14圖與上述相同,將太陽電池芯1的形狀作為長方形時,再利用區域f變大。
再者,以各面積比較再利用區域f時,可知Case3的效果比Case1的效果優良。
迄今係以式(7)、式(8)、式(9)進行說明,但特別是不符合式(9)之條件時,太陽電池芯1之再利用光區域產生限制。
對此,第15圖係表示式(9)之條件因光再利用薄片12的旋轉角度被破壞。
與第12圖同樣地,隨著旋轉角度由0度變大,而區域f亦變大。
另一方面,旋轉角度滿足式(20)之條件時,沒有區域f之變化成為定值。
亦即,式(20)的條件係沒有旋轉角度之影響的條件,可由第12圖加以確認。
在第16圖,表示含式(20)之條件計算而得之區域f。
太陽電池之面積(Lx×Ly)為固定,顯示將太陽電池芯1的形狀從正方形變為長方形時的影響。
於是,當Ly/Lx從1變為4時,成為滿足式(7)、式(8)與式(9)之條件,與第12圖相同。
另一方面,顯現Ly/Lx為5時,所有之旋轉角度區域(式 (7)、式(9))為不規則區域(式(20))。
於是,再利用區域f成為最大值,即使改變旋轉角度,f亦不改變,在第16圖中,在該區域之旋轉角度約為65度~90度。
於是,若根據使用具有此種構成之光再利用薄片12的太陽電池模組200,可將入射至相鄰的太陽電池芯1之間的區域G之光在光再利用薄片12之反射面12a予以反射,使其入射至太陽電池芯1。
藉此,亦可利用入射至相鄰的太陽電池芯1之間的區域G之光,能使太陽電池模組200之發電效率提高。
另一方面,光再利用薄片12係如第17圖,將光再利用薄片12之反射面12a的背面朝向填充層11側配置,亦可得與上述相同之效果。
又,如第18圖,可使用在該光再利用薄片12具有由10μm~30μm之鋁層或10nm~100nm之矽石層構成的遮蔽層16之構造。
再者,為了提高耐久性,亦可塗布PVF(聚氟乙烯樹脂)或貼合具有聚氟乙烯樹脂的膜,以保護太陽電池模組200。
藉此,亦可使用作為太陽電池模組200之背板(back sheet)。
在此,具體說明本發明之光再利用薄片12及使用它之太陽電池模組200的優勢。
(實施例1)
在實施例1中,使用250μm之PET膜作為基材15。作為構造層13,係在PET膜上積層由紫外線硬化丙烯酸系樹脂所構成之形成有節距150μm且反射面之頂角為135度之三角稜鏡狀的凹凸構造之層;作為金屬反射層14係使用藉由蒸鍍法形成100nm之鋁層,而得到光再利用薄片。
使用如此製作之光再利用薄片12來製作太陽電池模組200。
使用約3mm的玻璃板作為前面板10,以在從前面板10開始0.5mm之位置配置太陽電池芯1的方式,填充EVA而形成厚度約0.5mm之填充層11。
使用150mm見方、厚度0.2mm之多結晶型矽太陽電池作為太陽電池芯1,在從太陽電池芯1之受光面1a開始0.5mm之位置,在太陽電池芯1的周邊部配置約25mm寬的上述光再利用薄片12。
此時,光再利用薄片12係配置成三角稜鏡狀之凹凸方向係與太陽電池芯1的端部成平行。
然後,進行該實施例1之太陽電池模組200的發電效率之測定,結果示於表1。
(實施例2)
其次,在實施例2中使用250μm之PET膜作為基材15。構造層13係在PET膜上積層由紫外線硬化丙烯酸系樹脂所構成之形成有節距為200μm的反射面之頂角為120度之三角稜鏡狀凹凸構造的層;作為金屬反射層14係利用蒸鍍法形成100nm之鋁層,而得到光再利用薄片12。
使用如此製作之光再利用薄片12來製作太陽電池模組200。
使用約3mm的玻璃板作為前面板10,以在從前面板10開始0.5mm之位置配置太陽電池芯1的方式,填充EVA而形成厚度約0.5mm之填充層11。
使用150mm見方、厚度0.2mm之多結晶型矽太陽電池作為太陽電池芯1,在從太陽電池芯1之受光面1a開始0.5mm之位置,在太陽電池芯1的周邊部配置約25mm寬的上述光再利用薄片12。
此時,光再利用薄片12係配置成三角稜鏡狀之凹凸方向係與太陽電池芯1的端部成平行。
然後,進行該實施例2之太陽電池模組200的發電效率之測定,結果示於表1。
(實施例3)
接著,在實施例3中使用250μm之PET膜作為基材15。構造層13係在PET膜上積層由紫外線硬化丙烯酸系樹脂所構成之形成有節距為150μm的反射面之頂角為135度之三角稜鏡狀凹凸構造的層;作為金屬反射層14係利用蒸鍍法形成100nm之鋁層,而得到光再利用薄片12。
使用如此製作之光再利用薄片12來製作太陽電池模組200。
使用約3mm的玻璃板作為前面板10,以在從前面板10開始0.5mm之位置配置太陽電池芯1的方式,填充EVA而形成厚度約0.5mm之填充層11。
使用150mm見方、厚度0.2mm之多結晶型矽太陽電池作為太陽電池芯1,在從太陽電池芯1之受光面1a開始0.5mm之位置,在太陽電池芯1的周邊部配置約25mm寬的上述光再利用薄片12。
此時,光再利用薄片12係配置成三角稜鏡狀之凹凸方向係與太陽電池芯1的端部成45度斜向配置。
然後,進行該實施例3之太陽電池模組200的發電效率之測定,結果示於表1。
(實施例4)
接著,在實施例4中使用250μm之PET膜作為基材15。構造層13係在PET膜上積層由紫外線硬化丙烯酸系樹脂所構成之形成有節距為200μm的反射面之頂角為120度之三角稜鏡狀凹凸構造的層;作為金屬反射層14係利用蒸鍍法形成100nm之鋁層,而得到光再利用薄片12。
使用如此製作之光再利用薄片12來製作太陽電池模組200。
使用約3mm的玻璃板作為前面板10,以在從前面板10開始0.5mm之位置配置太陽電池芯1的方式,填充EVA而形成厚度約0.5mm之填充層11。
使用150mm見方、厚度0.2mm之多結晶型矽太陽電池作為太陽電池芯1,在從太陽電池芯1之受光面1a開始0.5mm之位置,在太陽電池芯1的周邊部配置約25mm寬的上述光再利用薄片12。
此時,光再利用薄片12係配置成三角稜鏡狀之凹凸方向係與太陽電池芯1的端部成45度斜向配置。
然後,進行該實施例4之太陽電池模組200的發電效率之測定,結果示於表1。
另一方面,在比較例1中,使用250μm之PET膜作為基材15。不形成構造層13,作為金屬反射層14係以蒸鍍法形成100nm之鋁層,而得到光再利用薄片。
使用如此製作之光再利用薄片製作太陽電池模組。
使用約3mm的玻璃板作為前面板10,以在從前面板10開始0.5mm之位置配置太陽電池芯1的方式,填充EVA而形成厚度約0.5mm之填充層11。
使用150mm見方、厚度0.2mm之多結晶型矽太陽電池作為太陽電池芯1,在從太陽電池芯1之受光面1a開始0.5mm之位置,在太陽電池芯1的周邊部配置約25mm寬的上述光再利用薄片12。
然後,亦進行該比較例1之太陽電池模組的發電效率測定,結果亦示於表1。
於是,如該表1所示,將比較例1之發電效率當作100.0%時,實施例1為110.9%、實施例2為112.7%、實施例3為113.0%、實施例4為114.5%,實際證明了相對於比較例1而言,本發明之設有光再利用薄片12的實施例1~實施例4全部的情況下,發電效率均提高。
以上雖針對本發明之光再利用薄片及使用它之太陽電池模組的第1實施形態加以說明,但本發明係不限定於上述第1實施形態,在不脫離其宗旨的範圍內可適宜變更。
例如,本發明之光再利用薄片12係不限定於應用在太陽電池模組200,亦可如第19圖所示,將來自LED或EL等之發光元件的光再利用。
具體而言,第19圖係本發明之光源模組300的一態樣的截面圖。
該光源模組300係具備填充層11、發光元件50與光再利用薄片12而構成。
於是,發光元件50係具有藉由電發光將電氣轉變為光之機能,從發光面50a將光射出。
又,發光元件50較佳係使用LED、有機EL、無機EL等之固態發光二極體。
填充層11係封裝發光元件50之層。
由發光元件50所射出的光M1、M2係透射填充層11,一部份係成為從射出面300a射出之光M1,其他係成為在射出面30a反射的光M2。
填充層11之材料為使入射至填充層11之光透射,係使用光線透射率高之材料,較佳為使用透射性高之丙烯酸樹脂等。
從發光元件50射出的光中,部分光M2係在射出面300a反射而入射至光再利用薄片12之反射面12a。
入射至反射面12a之光M3係在反射面12a反射至特定方向,再次入射至射出面300a,成為從該射出面300a射出至外部的光M4。
藉此,與沒有光再利用薄片12之構成相比,可使光利用效率提高。
另一方面,藉由上述光再利用薄片12之效果,係僅在發光元件50及光再利用薄片12的尺寸、配置、反射光M4與入射至反射面12a的光M3之夾角β關係為適當的情況下發揮,此關係較佳為滿足式(1),更佳為滿足式(2)、式(3),進一步較佳為滿足式(4)。
(第2實施形態)
以下說明的第2實施形態中,與上述第1實施形態相同構件係使用相同符號,其說明為省略或簡化。
第20圖為本發明太陽電池模組400之一態樣的截面圖。
本發明之太陽電池模組400係具有前面板22、填充層21與光再利用薄片20。
前面板22係保護太陽電池芯30免於衝擊、污染、水分之浸入等,將太陽光或照明光等光源S的光予以透射之板,係由光透射率高的透明材料所構成。
光源S的光係由太陽光.照明光側F垂直地入射入射面110之光H0,係在入射前面板22後,透射前面板22而在填充層21射出。
又,入射面110之法線NG係在平面P上將前面板22水平放置的狀態下,與平面P之法線成平行的方向。
垂直地入射入射面110的光係指平行於法線NG入射至太陽電池模組400的光。
前面板22之材質為強化玻璃、藍寶石玻璃等之玻璃或、PC(聚碳酸酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二酯)等之樹脂薄片。
再者,若前面板22為強化玻璃,則前面板22的厚度係設定為約3~6mm。若前面板22為樹脂薄片,則前面板22的厚度係設定為100μm~3000μm。
射出前面板22的光係入射至填充層21。
填充層21係封裝太陽電池芯30的層。
入射至前面板22的光H0係透射填充層21,成為往太陽電池芯30射出的光H10,部分係成為在光再利用薄片20射出的光H1。
為使入射至填充層21的光H0透射,係使用光線透射率高的材料,難燃性之EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)係廣泛地使用。
再者,太陽電池芯30係具有藉由光電效果將入射至受光面J的光轉換為電氣之機能。係使用單結晶矽型太陽電池、多結晶矽型太陽電池、薄膜矽型太陽電池、CdTe(Cd‧Te之化合物)系、CIGS(Cu‧In‧Ga‧Se之化合物)系等之化合物薄膜太陽電池等許多種類的太陽電池芯。
太陽電池芯30係以電極接續複數個而形成模組來使用。
從填充層21入射至太陽電池芯30的光H10係在太陽電池芯30轉換為電氣。
通常對入射面110斜向入射的光與垂直入射的光H0相比,在入射面110反射的比率為多,入射至太陽電池芯30的光較少,可利用於發電的光較少。
因此,入射光H0接近垂直地入射入射面110時,效率最高。
光再利用薄片20係具有將透射太陽電池芯30本身的光、或入射至太陽電池芯30之間的光H1在反射面100反射之機能。
所反射的光H2係在前面板22與大氣間等之界面再度反射,成為入射至太陽電池芯30之受光面J的光H3而光電轉換。
藉此,與沒有光再利用薄片20之構成相比,具有提升光利用效率之效果。
反射光H2的前進方向可藉由本發明之反射面100的凹凸構造所控制,可使大部分的光入射至受光面J。
關於反射面100之凹凸構造,使用其法線N0進行說明。
又,反射面100之法線N0係在反射面100上之任意一點,垂直於該點之接平面的直線。
在平面P上以安定狀態配置光再利用薄片20時,與平面P之法線N平行的方向。
又,反射面100之角度θ為反射面100之法線N0與薄片法線NB之夾角。
通常,薄片法線NB係以對於入射面110之法線NG成平行的方式來配置,因此入射光H1係對於薄片法線NB平行地入射。
反射光H2的反射率係依據對其入射面110之入射角度而大幅變化。
第21圖顯示入射角度之反射率變化圖。
由該第22圖可知,將臨界角θc當作邊界,而反射率大幅地變化。
該臨界角θc,將前面板22之折射率當作ng時:
θ C =arcsin(1/ng )…(21)
在該臨界角θc以上的角度,入射至入射面110的光H2係在入射面110全反射。
又,將填充層21之折射率作為ne、對反射光H2之法線NG的角度作為θ2時,由司乃爾定律:
ng ‧sinθ C =ne ‧sinθ2 …(22)
由式21與式22:
θ2 =arcsin(1/ne )…(23)。
又,填充材係由複數層所成時,與將反射面上之材料的折射率作為n0相同,成為
θ2 =arcsin(1/no )…(24)。
該θ2在反射面100之角度為θ時,為
θ2 =2‧θ…(25)。
由上述,反射面100之角度θ為
時,反射光H2係在前面板全反射。
如上述,光再利用薄片20係具有將入射至太陽電池芯30之間的光H1在反射面100反射之機能。
所反射的光H2係在前面板22與大氣間的界面再度反射,成為入射至太陽電池芯30的受光面J之光H3而進行光電轉換。
藉此,與沒有光再利用薄片20之構成相比,具有提升光利用效率之效果。
然而,上述效果係僅在太陽電池芯30及光再利用薄片20之尺寸‧配置、與入射光H1及射出光H2的夾角β之關係為適當的範圍時,具有光再利用薄片20之效果。
以下使用作為上述太陽電池芯30及光再利用薄片20之尺寸‧配置之太陽電池芯30間的間隔G、太陽電池模組400之入射面110與光再利用薄片20之反射面100的間隔H、太陽電池芯的寬度W,分別說明第23圖~第28圖所示之各種情形。
又,在第23圖~第28圖,由於係說明尺寸、配置及入射光H1與射出光H2的夾角β之關係,因此沒有顯示光再利用薄片20的反射面100之凹凸形狀。
在第23圖,於太陽電池芯30間的間隔G所反射的光H2沒有再度入射至入射面110,因此在光再利用薄片20所反射的光H2係無入射至受光面J。
該條件式為
此時,入射至太陽電池芯30間的間隔G的光H1之中,反射光H2未入射至太陽電池芯30之受光面J的區域B之長度L為
L =G …(28)。
又,入射至區域B的光係不入射至受光面J,因此無法利用而損失。
因此,L為大時,損失為多,相反地,L小時,損失為少。
L=G時,沒有在光再利用薄片20的反射面100所反射而入射至受光面J的光。
此種情況下,入射至太陽電池芯30間的間隔G之光H1係無法利用,而不佳。
第24圖係與第23圖相同,為區域B的長度L=G的情形。
在第24圖,在太陽電池芯30間的間隔G所反射的光H2之中,雖然部分係入射至入射面110,但沒有入射至太陽電池芯30的受光面J,而原樣地再度入射至光再利用薄片20,因此與第23圖的情形相同,區域B的長度L=G。
若為下述條件式,
雖然光入射至太陽電池芯,但其以外的情形,入射至太陽電池芯30間的間隔G之光H1係無法利用,因而不佳。
第25圖係在第24圖的情形中太陽電池芯的寬度W為長的狀況。
太陽電池芯30間的間隔G係分為在反射面100所反射之光H2入射至太陽電池芯30之受光面J的光之區域A、與在反射面100所反射之光H2不入射至太陽電池芯30之受光面J的光之區域B。
入射至區域A與區域B之交界的光H11,係在與光H11之入射側的相反側之太陽電池芯30端部WF入射。
其條件式為
區域B的長度L為
L =(2H -C )‧tanβ-W …(32),
入射至太陽電池芯30間之間隔G的光H1係可被利用而較佳。
在第26圖的情形,部分在太陽電池芯30間的間隔G所反射之反射光H2係在太陽電池芯30被遮蔽,其以外之反射光H2係入射至受光面J。
其條件式為
區域B的長度為
L =C ‧tanβ…(35),
入射至太陽電池芯30間的間隔G的光H1可被利用而較佳。
在第27圖的情形,在反射光H2所入射的太陽電池芯30側以及反射光H2所入射的太陽電池芯30之相反側,具有在太陽電池芯30之受光面J上反射光H2未入射之區域B。
於反射光H2入射至太陽電池芯30之受光面J的區域A、與在反射光H2所入射之太陽電池芯30側的太陽電池芯30之受光面J上反射光H2未入射之區域B的交界所入射之光H11,係入射至與太陽電池芯30的光H11側相反側的太陽電池芯之受光面J端部WF。
在反射光H2入射至太陽電池芯30之受光面J之區域A、與反射光H2所入射之太陽電池芯30的相反側之反射光H2未入射至太陽電池芯30之受光面J的區域B之交界所入射的光H12,係入射至光H12側的太陽電池芯之受光面J的端部WN。
又,此時A的寬度係與W的寬度相同之長度。
其條件式為
區域B的長度L為
L =G -W …(38),
由於入射至太陽電池芯30間的間隔G之光H1係可被利用,故較佳。
在第28圖中,於反射光H2入射至太陽電池芯30之受光面J的區域A、與在反射光H2所入射之太陽電池芯30側的太陽電池芯30之受光面J上反射光H2未入射之區域B的交界所入射之光H11的反射光H2,係入射至受光面J之入射光H11側端部WN、與受光面J之入射光H11側端部WF之間。
在反射光H2入射之太陽電池芯30的相反側之太陽電池芯30之受光面J上反射光H2未入射之區域B的交界,所入射的H12之反射光H2係入射至受光面J之入射光H11側端部WN。
其條件式為
區域B的長度L為
L =G -2(H -C )‧tanβ…(41)
由於入射至太陽電池芯30間的間隔G之光H1係可被利用,故較佳。
在第29圖,光再利用薄片20之反射面100至太陽電池芯受光面J之間隔C為0,太陽電池芯30的寬度W係比太陽電池芯30間的間隔G大時,可將入射至光再利用薄片20的光全部入射至太陽電池芯之受光面。
此時,區域B的長度L為0。
其條件式為
C =0…(42)
由於損失更小,因此更佳。
第30圖顯示太陽電池芯30間的間隔G與損失之區域B的長度L之關係的一例。
在第30圖係入射光H1與反射光H2的夾角β為0、42、46、50、54、58、62、66、70度,H為5mm、C為2mm、W為30mm時,太陽電池芯30間的間隔G為1mm~20mm時的圖。
太陽電池芯30間的間隔G之中成為損失的區域B之長度L與太陽電池芯30間的間隔G之關係係可分類為3種。
第一種為太陽電池芯30間的間隔G小時,太陽電池芯30間的間隔G之中成為損失的區域B之長度L與太陽電池芯30間的間隔G相同,由於入射至太陽電池芯30間的間隔G之光H1係無法利用,因此不佳。
第二種為太陽電池芯30間的間隔G大時,雖然太陽電池芯30間的間隔G之中成為損失的區域B之長度L隨著太陽電池芯30間的間隔G增加而增長,但是入射至太陽電池芯30間的間隔G之光H1為可利用,因此較佳。
第三種係在第一種與第二種的中間的情況,即使太陽電池芯30間的間隔G變大,太陽電池芯30間的間隔G之中成為損失的區域B之長度L亦不改變,由於損失不增加,亦為較佳。
太陽電池芯30間的間隔G為定值時,太陽電池芯30間的間隔G之中成為損失的區域B的長度L係依據入射光H1與反射光H2之夾角β改變。
例如,太陽電池芯30間的間隔G為4mm時,太陽電池芯30間的間隔G之中成為損失的區域B之長度L為最短的入射光H1與反射光H2之夾角β為42度。
入射光H1與反射光H2之夾角β變大時,太陽電池芯30間的間隔G之中成為損失的區域B之長度L易變大。在58度以上時,成為損失之區域B的長度L係與太陽電池芯30間的間隔G相同,入射至光再利用薄片20之光H1係無法利用。
又,太陽電池芯30間的間隔G為10mm時,成為損失之區域B的長度L為最短時的入射光H1與反射光H2之夾角β,在此情形為54度。
比該角度小的角度(例如42度)與較大的角度(例如70度)的情形,太陽電池芯30間的間隔G之中成為損失的區域B之長度L變長。
因此,太陽電池芯30間的間隔G為10mm時,入射光H1與反射光H2之夾角β最佳為54度。
其次,說明反射面100與入射面110之間為複數層的情形。
第31圖係顯示反射面100與入射面110之間係由複數層所構成之太陽電池模組400的概要圖。
此種由複數層構成的情況,由於各層間之折射率差亦為小,因此即使用上述條件製作太陽電池模組時,也可得發電效率高的太陽電池模組400。
在上述太陽電池模組400所用之光再利用薄片20係如第32圖所示,由構造層3、反射層4、基材2構成。
作為在構造層3形成凹凸形狀之方法,可舉出在模型中形成有反射面100之凹凸形狀的面塗布或注入熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂、或電子線硬化型樹脂等,在其上配置基材2,於硬化處理後從壓模予以脫膜之方法。
又,如第33圖,不使用基材2僅以構造層3構成的光再利用薄片20之製作方法,可舉出使用模型之沖壓法‧澆鑄法‧射出成形法等,藉以與基材2一體成形之方法。
若根據上述方法,在與薄片形成的同時,可形成凹凸形狀。
形成反射面100之模型可使用藉由機械切削所製作之模型。
又,可使用將上述模型當作原版進一步複版而成之模型。
此時,凹凸形狀之前端形狀方面,為了防止對凹凸形狀的前端造成損傷,期望凹凸形狀的前端係帶有球形之形狀。
又,反射面100之凹凸形狀亦可具有周期構造。
上述反射面100之凹凸形狀亦可為如三角形、梯形、多角形之稜鏡狀形狀、或柱面透鏡之各種透鏡‧稜鏡形狀或半球狀。
此時,反射面100之凹凸形狀的構造之周期節距宜為300μm以下、更宜為200μm以下。
上述構造之周期節距比300μm大時,將反射面100成型時,無法將樹脂充分注入凹凸形狀前端部分的模型,因此成型性差。
上述構造之周期節距若為200μm以下,則即使是黏度較高的樹脂亦可成型。
又,如上述構造之周期節距小時,難以製作模型,因此宜為25μm以上、更宜為50μm以上。
當上述構造之周期節距比25μm小時,切削模型的時間長,生產節拍遺漏而生產效率不佳。
若構造之周期節距比50μm小,則將反射面100予以成形時,樹脂無法良好地進入凹凸形狀之溝槽,無法將凹凸形狀之前端部分形狀製作成模型。
再者,構造層3的厚度係沒有特別限定,為例如30μm以上、500μm以下。
又,上述製造法較佳為依照與以下材料之適性來適當地選擇。
用以形成構造層3之聚合物組成物中,除聚合物組成物以外,亦可適當摻合例如散射反射體、硬化劑、可塑劑、分散劑、各種調平劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、黏性改質劑、潤潤滑劑、光安定化劑等。
作為上述聚合物組成物係無特別限定,可舉出例如聚(甲基)丙烯酸系樹脂、聚胺基甲酸酯系樹脂、氟系樹脂、聚矽氧系樹脂、聚醯亞胺系樹脂、環氧系樹脂、聚乙烯系樹脂、聚丙烯系樹脂、甲基丙烯酸系樹脂、聚甲基戊烯系樹脂、環狀聚烯烴系樹脂、丙烯腈-(聚)苯乙烯共聚物(AS樹脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹脂)等之聚苯乙烯系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚酯系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚醯胺醯亞胺系樹脂、聚芳基酞酸酯系樹脂、聚碸系樹脂、聚苯硫醚系樹脂、聚醚碸系樹脂、聚萘二甲酸乙二酯系樹脂、聚醚醯亞胺系樹脂、縮醛系樹脂、纖維素系樹脂等,此等聚合物可使用1種或混合2種以上而使用。
作為上述聚胺基甲酸酯系樹脂之原料的聚醇,可舉出例如將含羥基之不飽和單體的單體成分聚合而得之聚醇或以羥基過剩之條件而得的聚酯聚醇等,可將此等以單體或混合2種以上而使用。
作為含羥基之不飽和單體,可舉出(a)例如丙烯酸2-羥基乙基、丙烯酸2-羥基丙基、甲基丙烯酸2-羥基乙基、甲基丙烯酸2-羥基丙基、烯丙基醇、高烯丙基醇、桂皮醇、巴豆醇等之含羥基之不飽和單體、(b)例如乙二醇、環氧乙烷、丙二醇、環氧丙烷、丁二醇、環氧丁烷、1,4-雙(羥基甲基)環己烷、苯基縮水甘油基醚、癸酸縮水甘油基酯、Placcel FM-1(Daicel化學工業股份有限公司製)等之2價醇或環氧化合物、與例如丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、富馬酸、巴豆酸、衣康酸等之不飽和羧酸之反應而得的含羥基之不飽和單體等。
可將從此等含羥基之不飽和單體所選出之1種或2種以上聚合來製造聚醇。
又,上述聚醇係可藉由將由丙烯酸乙酯、丙烯酸n-丙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸n-丁酯、丙烯酸tert-丁酯、丙烯酸乙基己酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸n-丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸n-丁酯、甲基丙烯酸tert-丁酯、甲基丙烯酸乙基己酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸環己酯、苯乙烯、乙烯基甲苯、1-甲基苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、乙酸烯丙酯、己二酸二烯丙酯、衣康酸二烯丙酯、馬來酸二乙酯、氯乙烯、偏二氯乙烯、丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺、N-丁氧基甲基丙烯醯胺、二丙酮丙烯醯胺、乙烯、丙烯、異戊二烯等所選出之1種或2種以上的乙烯性不飽和單體、與由上述(a)及(b)所選出之含羥基之不飽和單體進行聚合而製造。
將具有含羥基之不飽和單體的單體成分聚合而得的聚醇之數量平均分子量為1000以上500000以下、較佳為5000以上100000以下。
又,其羥基價為5以上300以下、較佳為10以上200以下、更佳為20以上150以下。
以羥基過剩之條件而得的聚酯聚醇係使(c)例如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、己二醇、癸二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、三羥甲基丙烷、己三醇、甘油、新戊四醇、環己二醇、加氫雙酚A、雙(羥基甲基)環己烷、氫醌雙(羥基乙基醚)、參(羥基乙基)三聚異氰酸酯、伸苯二醇等之多價醇、與(d)例如馬來酸、富馬酸、琥珀酸、己二酸、癸二酸、壬二酸、苯三甲酸、對酞酸、酞酸、異酞酸等之多元酸,在丙烷二醇、己二醇、聚乙烯二醇、三羥甲基丙烷等之多價醇中的羥基數比前述多元酸的羧基數多之條件進行反應而製造。
在上述羥基過剩條件而得之聚酯聚醇的數量平均分子量為500以上300000以下、較佳為2000以上100000以下。
又,其羥基價為5以上300以下、較佳為10以上200以下、更佳為20以上150以下。
作為聚合物組成物之聚合物材料所用之聚醇,係將上述聚酯聚醇及包含上述含羥基之不飽和單體的單體成分聚合而得,且較佳為具有(甲基)丙烯醯基單位等之丙烯醯基聚醇。
若將聚酯聚醇或丙烯醯基聚醇作為聚合物材料,則耐候性高,可抑制構造層3之泛黃等。
此外,可使用該聚酯聚醇與丙烯醯基聚醇之任一者,亦可使用兩者。
又,上述聚酯聚醇及丙烯醯基聚醇中的羥基個數只要為在每1分子內有2個以上則無特別限定,當固體成分中的羥基價為10以下時,則交聯點數減少,且有耐溶劑性、耐水性、耐熱性、表面硬度等之被膜物性降低的傾向。
在形成構造層3之聚合物組成物中,為使反射性能、耐熱性能提高,宜含有散射反射體。
藉由在聚合物組成物中含有散射反射體,可提高構造層3或光再利用薄片20之耐熱性,且只要使用折射率與聚合物組成物大為不同的材料則可使光反射。
又,藉此得到足夠的反射率時,亦可如第34圖、第35圖所示不設置金屬反射層4。
作為構成該散射反射體劑之無機物係無特別限定。作為無機物,較佳為使用無機氧化物。
該無機氧化物亦可使用矽石等,亦可使用ZnS等之金屬化合物,特佳為TiO2 、ZrO、Al2 O3 等之金屬氧化物。
亦可使用矽石之中空粒子。
其中,TiO2 因折射率高、亦容易得分散性,因此較佳。
又,散射反射體的形狀可為球狀、針狀、板狀、鱗片狀、破碎狀等之任意粒子形狀,沒有特別限定。
散射反射體之平均粒子徑的下限較佳為0.1μm,上限較佳為30μm。
若平均粒子徑比0.1μm小則無法充分地反射光。
又,平均粒子徑比30μm大時,粒子所引起的凹凸出現在表面上,而難以形成期望之凹凸形狀。
散射反射體相對於100份聚合物組成物之調配量的下限,以固體成分換算,較佳為30份。
另一方面,散射反射體之上述調配量的上限較佳為100份。
其係因為無機填充劑之調配量比30份少時,由填充層21入射至構造層3的光H1會無法充分地反射。
相反地,調配量大於100份時,成型性變差。
作為上述散射反射體,可在其表面使用有機聚合物固定之材料。
藉由使用如此有機聚合物固定之散射反射體,能謀求在聚合物組成物中的分散性或與聚合物組成物的親和性提升。
關於該有機聚合物,其分子量、形狀、組成、官能基之有無等係無特別限定,可使用任意之有機聚合物。
又,關於有機聚合物的形狀,可採用直鏈狀、分枝狀、交聯構造等之任意形狀。
作為構成上述有機聚合物之具體樹脂,可舉出例如,(甲基)丙烯酸樹脂、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯等之聚烯烴、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯等之聚酯與此等共聚物、或以胺基、環氧基、羥基、羧基等之官能基部分改性之樹脂等。
其中,具有以含(甲基)丙烯酸系樹脂、(甲基)丙烯酸-苯乙烯系樹脂、(甲基)丙烯酸-聚酯系樹脂等之(甲基)丙烯醯基單位的有機聚合物作為必須成分之材料,由於具有被膜形成能,故為較佳。
又,構成有機聚合物之具體樹脂,較佳為與上述聚合物組成物具有相溶性的樹脂,因此最佳為具有與聚合物組成物相同組成的材料。
作為上述聚合物組成物,較佳為具有環烷基之聚醇。
藉由在作為聚合物組成物的聚醇中導入環烷基,聚合物組成物的撥水性、耐水性等之疏水性提高,可改善在高溫高濕條件下的構造層3或光再利用薄片20之耐撓曲性、尺寸安定性等。
又,構造層3之耐候性、硬度、耐溶劑性等之塗膜基本性能係提高。
再者,與在表面固定有有機聚合物之散射反射體的親和性及散射反射體的分散性變得更為良好。
又,在聚合物組成物中可含有作為硬化劑之異氰酸酯。
如此地在聚合物組成物中含有異氰酸酯硬化劑,能夠進一步地成為強固之交聯構造,構造層3的被膜物性係更為提高。
作為該異氰酸酯,可使用與上述多官能異氰酸酯化合物相同的物質。
其中,較佳為防止被膜之泛黃色的脂肪族系異氰酸酯。
又,散射反射體亦可在內部包含有機聚合物。
藉此,可在散射反射體的核之無機物賦予適度軟度與韌性。
上述有機聚合物較佳為含烷氧基,其含量沒有特別限定,較佳為每1g散射反射體含0.01mmol以上50mmol以下。
藉由烷氧基,能夠提高與聚合物組成物之親和性、或在聚合物組成物中之分散性。
上述烷氧基係表示與形成微粒子骨架之金屬元素鍵結的RO基。
該R係亦可經取代的烷基,微粒子中的RO基係可相同或相異。
R之具體例方面可舉出甲基、乙基、n-丙基、異丙基、n-丁基等。
較佳為使用與構成散射反射體之金屬相同的金屬烷氧基,散射反射體為膠狀矽石時,較佳為使用將矽作為金屬之烷氧基。
關於固定有機聚合物之散射反射體的有機聚合物含有率係無特別限制,將散射反射體作為基準則為0.5質量%以上50質量%以下。
在光再利用薄片20中,使用反射層4時,為提高其緊密接著性等,亦可在反射層4之蒸鍍對象面(構造層3的表面)施加表面處理(未圖示)。
作為此表面處理,可舉出例如(a)電暈放電處理、臭氧處理、使用氧氣或氮氣等之低溫電漿處理、輝光放電處理、使用化學藥品等之氧化處理、及(b)底漆(primer coat)處理、底塗處理、結合層(anchor coat)處理、蒸鍍結合層處理等。
此等表面處理之中,較佳為提高與反射層4之接著強度,能夠形成緻密且均勻的反射層4之電暈放電處理及結合層處理。
在上述結合層處理所用之結合層劑,可舉出例如聚酯系結合層劑、聚醯胺系結合層劑、聚胺基甲酸酯系結合層劑、環氧系結合層劑、苯酚系結合層劑、(甲基)丙烯酸系結合層劑、聚乙酸乙烯酯系結合層劑、聚乙烯或聚丙烯等之聚烯烴系結合層劑、纖維素系結合層劑等。
此等結合層劑之中,特佳為能夠更提升反射層4之接著強度的聚酯系結合層劑。
上述結合層劑之塗覆(coating)量(固體成分換算)為1g/m2 以上、較佳為3g/m2 以下。
結合層劑之塗覆量少於1g/m2 時,反射層4之密接性提升效果變小。
另一方面,結合層劑之塗覆量比3g/m2 多時,有光再利用薄片20之強度、耐久性等降低之虞。
又,上述結合層劑中,可適宜混合用以提高緊密接著性之矽烷偶合劑、用以防止沾黏之沾黏防止劑、用以提高耐候性等之紫外線吸收劑等各種添加劑。
添加劑之混合量,由添加劑之效果顯現與結合層劑之機能阻礙的平衡而言,較佳為0.1重量%以上10重量%以下。
上述添加劑小於0.1重量%則無法充分地防止沾黏,不能充分地得到耐候性,比10重量%多時,會阻礙頂塗劑之機能。
反射層4係將入射至光再利用薄片20的光予以反射之層。
係在形成反射層4時,沿著形成有構造層3之凹凸形狀的面蒸鍍金屬而形成。
用以形成該反射層4之蒸鍍裝置,只要不導致構造層3收縮、泛黃等之惡化、能夠蒸鍍金屬,則無特別限定。可採用(a)真空蒸鍍法、濺鍍法、離子鍍敷法、離子團簇法等之物理氣相成長法(Physical Vapor Deposition法:PVD法)、(b)電漿化學氣相成長法、熱化學氣相成長法、光化學氣相成長法等之化學氣相成長法(Chemical Vapor Deposition法:CVD法)。
此等蒸鍍法之中,較佳為生產性高且能夠形成良質之反射層4的真空蒸鍍法或離子鍍敷法。
又,在反射層4所用的金屬,只要具有金屬光澤且可蒸鍍則無特別限定。在反射層4所用的金屬可舉出例如鋁、銀、金、鎳、錫、鋯等。
其中,較容易形成反射性高且緻密之反射層4的鋁為較佳。
又,反射層4可為單層構造,亦可為2層以上之多層構造。
如此藉由反射層14為多層構造,由於於蒸鍍之際耗費的熱負擔減輕,而減低了構造層13之惡化,能夠進一步改善構造層13與反射層14之密接性等。
又,此時亦可在金屬膜上設置氧化金屬層。
再者,上述物理氣相成長法及化學氣相成長法中之蒸鍍條件,係依照構造層3或基材2之樹脂種類、反射層4的厚度等予以適宜設計。
反射層4的厚度之下限較佳為10nm、特佳為20nm。
另一方面,反射層4的厚度上限較佳為200nm、特佳為100nm。
反射層4的厚度比10nm之下限小時,無法充分地反射從填充層21入射至反射層4的光。
又,即使是20nm以上的厚度,在上述反射層4所反射的光也不會增加,因此若為20nm即可稱得上足夠的厚度。
另一方面,反射層4的厚度若超過200nm之上限時,會產生即使目視反射層4也可確認之裂痕。
又,反射層4之外側宜施加頂塗處理(未圖示)。
如此在反射層4之外側施加頂塗處理,反射層4係被封裝及保護,結果光再利用薄片20的處理性變佳。
又,也抑制了反射層4之經年惡化。
作為上述頂塗處理所用之頂塗劑,可舉出例如聚酯系頂塗劑、聚醯胺系頂塗劑、聚胺基甲酸酯系頂塗劑、環氧系頂塗劑、苯酚系頂塗劑、(甲基)丙烯酸系頂塗劑、聚乙酸乙烯酯系頂塗劑、聚乙烯或聚丙烯等之聚烯烴系頂塗劑、纖維素系頂塗劑等。
頂塗劑之中,特佳為與反射層4之接著強度高,能達成反射層4的表面保護、缺陷之封裝等的聚酯系頂塗劑。
上述頂塗劑之塗覆量(以固體成分換算)較佳為3g/m2 以上、7g/m2 以下。
頂塗劑之塗覆量比3g/m2 小時,封裝及保護反射層4的效果有變小之虞。
另一方面,頂塗劑之塗覆量即使大於7g/m2 ,也不會增加上述反射層4之封裝及保護效果,此外光再利用薄片20的厚度會增大。
又,上述頂塗劑中,可適宜混合用以提升緊密接著性之矽烷偶合劑、用以提升耐候性等之紫外線吸收劑、用以提升耐熱性等之無機填料等各種添加劑。
添加劑之混合量,從顯現添加劑之效果與頂塗劑之機能阻害的平衡而言,較佳為0.1重量%以上10重量%以下。
上述添加劑小於0.1重量%則無法充分得到緊密接著性、耐候性、耐熱性,比10重量%多時則阻礙頂塗劑之機能。
構成上述光再利用薄片20之基材2係將合成樹脂作為材料,利用薄片成形而形成。
作為在基材2所用之合成樹脂,鑑於設置於屋外期望為具有耐水性、對紫外線之耐久性等耐候性的材料。可舉出例如聚對苯二甲酸乙二酯樹脂(PET樹脂)等之聚乙烯系樹脂、聚丙烯系樹脂、甲基丙烯酸系樹脂、聚甲基戊烯系樹脂、環狀聚烯烴系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、丙烯腈-(聚)苯乙烯共聚物(AS樹脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹脂)、聚氯乙烯系樹脂、氟系樹脂、聚(甲基)丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚酯系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚醯亞胺系樹脂、聚醯胺醯亞胺系樹脂、聚芳基酞酸酯系樹脂、聚矽氧系樹脂、聚碸系樹脂、聚苯硫醚系樹脂、聚醚碸系樹脂、聚萘二甲酸乙二酯系樹脂、聚醚醯亞胺系樹脂、環氧系樹脂、聚胺基甲酸酯系樹脂、縮醛系樹脂、纖維素系樹脂等。
上述樹脂之中,作為具有高耐熱性、強度、耐候性、耐久性、對水蒸氣等之氣體遮蔽性等的樹脂,較佳為聚醯亞胺系樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酯系樹脂、氟系樹脂、聚乳酸系樹脂。
作為上述聚酯系樹脂,可舉出例如聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯等。
此等聚酯系樹脂之中,特佳為耐熱性、耐候性等之各機能面及價格面之平衡良好的聚對苯二甲酸乙二酯。
作為上述氟系樹脂,可舉出例如聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚之共聚物所構成的全氟烷氧基樹脂(PFA)、四氟乙烯與六氟丙烯之共聚合物(FEP)、四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚與六氟丙烯之共聚合物(EPE)、四氟乙烯與乙烯或丙烯之共聚合物(ETFE)、聚氯三氟乙烯樹脂(PCTFE)、乙烯與氯三氟乙烯之共聚合物(ECTFE)、偏二氟乙烯系樹脂(PVDF)、氟乙烯系樹脂(PVF)等。
此等氟系樹脂之中,特佳為強度、耐熱性、耐候性等優異之聚氟乙烯系樹脂(PVF)、四氟乙烯與乙烯或丙烯之共聚合物(ETFE)。
作為上述環狀聚烯烴系樹脂,可舉出例如a)使環戊二烯(及其衍生物)、二環戊二烯(及其衍生物)、環己二烯(及其衍生物)、降冰片二烯(及其衍生物)等之環狀二烯聚合而成之聚合物、b)使環狀二烯與乙烯、丙烯、4-甲基-1-戊烯、苯乙烯、丁二烯、異戊二烯等之烯烴系單分子之1種或2種以上共聚合而成的共聚合物等。
此等環狀聚烯烴系樹脂之中,特佳為強度、耐熱性、耐候性等優異之環戊二烯(及其衍生物)、二環戊二烯(及其衍生物)或降冰片二烯(及其衍生物)等之環狀二烯之聚合物。
此外,作為基材2之形成材料,可使用上述合成樹脂之1種或混合2種以上。
又,在基材2之形成材料中,為了改良、改質加工性、耐熱性、耐候性、機械的性質、尺寸安定性等之目的,可混合各種添加劑等。
作為該添加劑,可舉出例如潤滑劑、交聯劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、光安定化劑、填充材、強化纖維、補強劑、抗靜電劑、難燃劑、耐焰劑、發泡劑、防黴劑、顏料等。
作為上述基材2之成形方法並無特別限定,可採用例如擠出法、澆鑄成形法、T型模口法、切削法、吹塑法等之公知方法。
又,使用基材2的情況下,其厚度較佳為25μm以上、500μm以下,特佳為250μm以下。
基材2的厚度比25μm薄時,由於紫外線硬化樹脂等之硬化收縮的影響,於構造層3的塗布加工時發生捲曲,於組入太陽電池模組400之際發生不適合。
相反地,基材2的厚度大於500μm時,膜重量增加,太陽電池模組400的重量亦為增加。
若為250μm以下,則可實現更輕量之太陽電池模組400。
又,在基材2、構造層3、基材2中亦可含有紫外線安定劑或在分子鏈上結合有紫外線安定基之聚合物。
藉由該紫外線安定劑或紫外線安定基,因紫外線所發生之自由基、活性氧等被惰性化,能夠提升光再利用薄片20的紫外線安定性、耐候性等。
作為該紫外線安定劑或紫外線安定基,適合使用對紫外線之安定性高的受阻胺系紫外線安定劑或受阻胺系紫外線安定基。
若根據使用具有此種構成之光再利用薄片20的太陽電池模組400,可將入射至相鄰的太陽電池芯30間之區域R1的光在光再利用薄片20之反射面100反射,使其入射至太陽電池芯30。
藉此,亦可利用入射至相鄰的太陽電池芯30之間的區域R1之光,能使太陽電池模組400之發電效率提升。
光再利用薄片20係如第36圖,亦可將光再利用薄片20之反射面100的背面朝向填充層側21來配置。
又,如第37圖,可使用在該光再利用薄片20具有10μm~30μm之鋁層或10nm~100nm之矽石層所構成的遮蔽層之構造。
再者,為了提高耐久性,亦可塗布PVF(聚氟乙烯樹脂)或貼合具有聚氟乙烯樹脂的膜,以保護太陽電池模組。
藉此,亦可將太陽電池模組400作為背板而使用。
又,如第38圖,該光再利用薄片20亦可利用於將來自LED、EL等之固態發光元件50的光再利用。
第38圖顯示本發明光源模組410之一態樣的截面圖。
光源模組410具有填充層21、發光元件50、與光再利用薄片20。
發光元件50具有藉由電發光將電氣轉換為光之機能,從受發光面160射出。
發光元件50較佳為使用LED、有機EL、無機EL等之固態發光二極體。
填充層21係封裝發光元件50之層。
從發光元件50所射出的光係透射填充層21,部分成為從射出面150射出的光M30、部分成為在射出面150反射的光M31。
填充層21之材料為使入射填充層21的光透射,係使用光線透射率高的材料,較佳為使用透射性高之丙烯酸樹脂等。
由發光元件50射出的光之中,在射出面150反射的光M31係在射出面150反射而入射至光再利用薄片20之反射面100。
在反射面入射的光M2係在反射面100反射而入射至射出面150。
在反射面100反射且入射至射出面150之反射光M1係由射出面150射出外部。
藉此,與沒有光再利用薄片20之構成相比,具有提升光利用效率之效果。
上述效果僅在發光元件50及光再利用薄片20之尺寸‧配置與入射至反射光M1與反射面之光M2的夾角β之關係為適切範圍的情況下,意味光再利用薄片20之效果。該關係宜滿足數2所示之數式、較佳為滿足數3、4所示之數式、更佳為滿足數5所示之數式、進一步較佳為滿足數6所示之數式。
(實施例5)
在實施例5,使用250μm之PET膜作為基材2。作為構造層3,係在PET膜上積層由紫外線硬化丙烯酸系樹脂所構成之形成有節距為150μm且反射面100的頂角為135°之三角稜鏡狀的凹凸構造之層;作為金屬反射層4係使用藉由蒸鍍法形成100nm之鋁層,而得到光再利用薄片20。
使用如此製作之光再利用薄片20來製作太陽電池模組400。
使用約3mm的玻璃板作為前面板22,以在從前面板22開始0.5mm之位置配置太陽電池芯30的方式,填充EVA而形成厚度約0.5mm之填充層21。
使用150mm見方、厚度0.2mm之多結晶型矽太陽電池作為太陽電池芯30,在從太陽電池芯30之受光面J開始0.5mm之位置,在太陽電池芯30的周邊部配置約25mm寬的上述光再利用薄片20。
將其發電效率之結果示於表2。
(實施例6)
在實施例6,使用250μm之PET膜作為基材2。作為構造層3,係在PET膜上積層由紫外線硬化丙烯酸系樹脂所構成之形成有節距為200μm且反射面100的頂角為120°之三角稜鏡狀的凹凸構造之層;作為金屬反射層4係使用藉由蒸鍍法形成100nm之鋁層,而得到光再利用薄片20。
使用如此製作之光再利用薄片20來製作太陽電池模組400。
使用約3mm的玻璃板作為前面板22,以在從前面板22開始0.5mm之位置配置太陽電池芯30的方式,填充EVA而形成厚度約0.5mm之填充層21。
使用150mm見方、厚度0.2mm之多結晶型矽太陽電池作為太陽電池芯30,在從太陽電池芯30之受光面J開始0.5mm之位置,在太陽電池芯30的周邊部配置約25mm寬的上述光再利用薄片20。
將其發電效率之結果示於表2。
(實施例7)
在實施例7,使用250μm之PET膜作為基材2。作為構造層3,係在PET膜上積層由紫外線硬化丙烯酸系樹脂所構成之形成有節距為200μm且反射面100的頂角為115°之三角稜鏡狀的凹凸構造之層;作為金屬反射層4係使用藉由蒸鍍法形成100nm之鋁層,而得到光再利用薄片20。
使用如此製作之光再利用薄片20來製作太陽電池模組400。
使用約3mm的玻璃板作為前面板22,以在從前面板22開始0.5mm之位置配置太陽電池芯30的方式,填充EVA而形成厚度約0.5mm之填充層21。
使用150mm見方、厚度0.2mm之多結晶型矽太陽電池作為太陽電池芯30,在從太陽電池芯30之受光面J開始0.5mm之位置,在太陽電池芯30的周邊部配置約25mm寬的上述光再利用薄片20。
將其發電效率之結果示於表2。
(實施例8)
在實施例8,使用250μm之PET膜作為基材2。作為構造層3,係在PET膜上積層由紫外線硬化丙烯酸系樹脂所構成之形成有節距為15μm且反射面100的頂角為135°之稜鏡狀的凹凸構造之層;作為金屬反射層4係使用藉由蒸鍍法形成100nm之鋁層,而得到光再利用薄片20。
使用其製作太陽電池模組400。
使用約3mm的玻璃板作為前面板22,以在從前面板22開始0.5mm之位置配置太陽電池芯30的方式,填充EVA而形成厚度約0.5mm之填充層21。
使用150mm見方、厚度0.2mm之多結晶型矽太陽電池作為太陽電池芯30,在從太陽電池芯30之受光面J開始1.0mm之位置,在太陽電池芯30的周邊部配置約25mm寬的上述光再利用薄片20。
將其發電效率之結果示於表2。
(實施例9)
在實施例9,使用250μm之PET膜作為基材2。作為構造層3,係在PET膜上積層由紫外線硬化丙烯酸系樹脂所構成之形成有節距為15μm且反射面100的頂角為120°之稜鏡狀的凹凸構造之層;作為金屬反射層4係使用藉由蒸鍍法形成100nm之鋁層,而得到光再利用薄片20。
使用如此製作之光再利用薄片20來製作太陽電池模組400。
使用約3mm的玻璃板作為前面板22,以在從前面板22開始0.5mm之位置配置太陽電池芯30的方式,填充EVA而形成厚度約0.5mm之填充層21。
使用150mm見方、厚度0.2mm之多結晶型矽太陽電池作為太陽電池芯30,在從太陽電池芯30之受光面J開始1.0mm之位置,在太陽電池芯30的周邊部配置約25mm寬的上述光再利用薄片20。
將其發電效率之結果示於表2。
(比較例2)
在比較例2中,使用250μm之PET膜作為基材2。不形成構造層3,作為金屬反射層4係使用藉由蒸鍍法形成100nm之鋁層,而得到光再利用薄片20。
使用如此製作之光再利用薄片20來製作太陽電池模組400。
使用約3mm的玻璃板作為前面板22,以在從前面板22開始0.5mm之位置配置太陽電池芯30的方式,填充EVA而形成厚度約0.5mm之填充層21。
使用150mm見方、厚度0.2mm之多結晶型矽太陽電池作為太陽電池芯30,在從太陽電池芯30之受光面J開始0.5mm之位置,在太陽電池芯30的周邊部配置約25mm寬的上述光再利用薄片20,而進行發電效率之測定。
將其發電效率之結果示於表2。
如以上詳述,本發明係在至少一面上具有凹凸構造,藉由前述凹凸構造利用光的繞射、散射、折射、或反射作用,使光偏向於特定方向,而能夠再利用先前損失的光之光再利用薄片、使用該光再利用薄片之太陽電池模組及光源模組。
A...太陽電池芯間的間隔中,反射光入射至受光面的區域
B、B1...太陽電池芯間的間隔中反射光未入射至受光面的區域
C...光再利用薄片反射面與太陽電池芯受光面的間隔
F...光源方向
G...太陽電池芯間之間隔
H...從太陽電池前面到光再利用薄片之高度
H0...垂直地入射至太陽電池模組的光
W...太陽電池芯的寬度
H1...入射至反射面的光
H2、H11、H12...反射光
H3...再利用的光
H10...垂直地入射至太陽電池芯的光
NB...薄片法線
L...太陽電池芯間的間隔中反射光未入射至受光面的區域之長度
Lx...太陽電池芯之橫向的尺寸
Ly...太陽電池芯之縱向的尺寸
NG...前面板之法線
ne...填充層之折射率
ng...前面板之折射率
no‧‧‧反射面上之材料的折射率
N0‧‧‧反射面之法線
P‧‧‧平面
S‧‧‧光源
Sx‧‧‧從縱向側面到水平方向的光再利用區域
Sy‧‧‧從橫向側面到垂直平方向的光再利用區域
Tx‧‧‧從太陽電池芯縱向側面入射至受光面的光之再利用區域
Ty‧‧‧從太陽電池芯橫向側面入射至受光面之光的再利用區域
WN‧‧‧反射光之入射側的太陽電池芯之端部
WF‧‧‧反射光之入射側與相反側的太陽電池芯的端部
M‧‧‧從反射面入射至太陽電池芯受光面的光之水平方向光程
α‧‧‧稜鏡角度
β‧‧‧入射光與反射光的夾角
θ‧‧‧反射面之角度
θ c‧‧‧臨界角
‧‧‧光再利用薄片的旋轉角度
1,30‧‧‧太陽電池芯
1a,J‧‧‧受光面
3‧‧‧構造層
10,20‧‧‧前面板
11,21‧‧‧填充層
12,20...光再利用薄片
12a,100...反射面
13...構造層
14,4...反射層
15,2...基材
50...發光元件
50a,160...發光面
200,400...太陽電池模組
200a,110...入射面
300,410...光源模組
300a,150...射出面
第1圖係顯示本發明之太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第2圖係顯示本發明之光再利用薄片的一個例子之截面圖。
第3圖係顯示本發明之光再利用薄片的一個例子之截面圖。
第4圖係顯示本發明之光再利用薄片的一個例子之截面圖。
第5圖係顯示本發明之光再利用薄片的一個例子之截面圖。
第6圖係顯示本發明之光再利用薄片的一個例子之截面圖。
第7圖係顯示對於入射角度之反射率變化的圖。
第8A圖係顯示太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第8B圖係顯示太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第9A圖係顯示太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第9B圖係顯示太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第10圖係顯示太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第11圖係顯示太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第12圖係顯示再利用薄片之旋轉角度改變時,入射至太陽電池芯的光之區域的面積。
第13圖係顯示對太陽電池芯尺寸之再利用薄片的最適旋轉角度。
第14圖係顯示設置為對太陽電池芯尺寸之最適旋轉角度時的再利用效率。
第15圖係顯示太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第16圖係顯示使再利用薄片之旋轉角度改變時,入射至太陽電池芯之光的區域面積。
第17圖係顯示本發明之太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第18圖係顯示本發明之太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第19圖係顯示本發明之光源模組之截面圖。
第20圖係顯示本發明之太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第21圖係顯示對於入射角度之反射率變化的圖。
第22圖係顯示光再利用薄片的一個例子之截面圖。
第23圖係顯示太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第24圖係顯示太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第25圖係顯示本發明之太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第26圖係顯示本發明之太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第27圖係顯示本發明之太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第28圖係顯示本發明之太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第29圖係顯示本發明之太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第30圖係顯示在太陽電池芯間的間隔中,未入射至太陽電池芯的光之區域長度的變化。
第31圖係顯示本發明之太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第32圖係顯示本發明之光再利用薄片的一個例子之截面圖。
第33圖係顯示本發明之光再利用薄片的一個例子之截面圖。
第34圖係顯示本發明之光再利用薄片的一個例子之截面圖。
第35圖係顯示本發明之光再利用薄片的一個例子之截面圖。
第36圖係顯示本發明之太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第37圖係顯示本發明之太陽電池模組的一個例子之截面圖。
第38圖係顯示本發明之光源模組之截面圖。
第39圖係顯示使用先前之背面材的太陽電池模組之截面圖。
F...光源方向
G...太陽電池芯間之間隔
H0...垂直地入射至太陽電池模組的光
H1...入射至反射面的光
H2...反射光
H3...再利用的光
H10...垂直地入射至太陽電池芯的光
NG...前面板之法線
P...平面
S...光源
1...太陽電池芯
1a...受光面
10...前面板
11...填充層
12...光再利用薄片
13...構造層
14...反射層
15...基材
200...太陽電池模組
200a...入射面

Claims (10)

  1. 一種光再利用薄片,其特徵係包括凹凸形狀之反射面,為了使入射至太陽電池模組的光以入射至太陽電池芯(solar battery cell)的方式,反射至特定方向;或使從光源模組之發光元件出射的光反射而在特定方向出射,故將前述反射面形成為滿足下式: 其中Lx:該太陽電池芯或該發光元件之橫向尺寸Ly:該太陽電池芯或該發光元件之縱向尺寸:該反射面之凹凸形狀方向與該太陽電池芯或該發光元件之橫向的邊緣之夾角A:透射相鄰的太陽電池芯之間,且在光再利用薄片反射而入射至該太陽電池芯之受光面的光之最大寬度;或來自該發光元件而不在特定方向射出,在該光再利用薄片反射而在特定方向射出的光之最大寬度;當該太陽電池芯或該發光元件之該橫向尺寸Lx與該縱向尺寸Ly相同時、或當該太陽電池芯或該發光元件之該橫向尺寸Lx與該縱向尺寸Ly不同,該太陽電池芯或該發光元件具有選自該橫向尺寸Lx及該縱向尺寸Ly之任一者的長邊,與未選擇該長邊之為另一尺寸的短邊,而該長邊為該短邊的2倍以下時,係以滿足=45度±20度的方式來形成該反射面。
  2. 一種光再利用薄片,其特徵係包括凹凸形狀之反射面, 為了使入射至太陽電池模組的光以入射至太陽電池芯(solar battery cell)的方式,反射至特定方向;或使從光源模組之發光元件出射的光反射而在特定方向出射,故將前述反射面形成為滿足下式: 其中Lx:該太陽電池芯或該發光元件之橫向尺寸Ly:該太陽電池芯或該發光元件之縱向尺寸:該反射面之凹凸形狀方向與該太陽電池芯或該發光元件之橫向的邊緣之夾角A:透射相鄰的太陽電池芯之間,且在光再利用薄片反射而入射至該太陽電池芯之受光面的光之最大寬度;或來自該發光元件而不在特定方向射出,在該光再利用薄片反射而在特定方向射出的光之最大寬度;其中該太陽電池芯或該發光元件之該橫向尺寸Lx與該縱向尺寸Ly不同,該太陽電池芯或該發光元件具有選自該橫向尺寸Lx及該縱向尺寸Ly之任一者的長邊,與未選擇該長邊之為另一尺寸的短邊,而該長邊為該短邊的2倍以上時,係以滿足=60度±20度(Lx<Ly)或=30度±20度(Ly<Lx)的方式來形成該反射面。
  3. 一種光再利用薄片,其特徵係包括凹凸形狀之反射面,為了使入射至太陽電池模組的光以入射至太陽電池芯(solar battery cell)的方式,反射至特定方向;或使從光源模組之發光元件出射的光反射而在特定方向出射,故將前述反射面形成為滿足下式: 其中Lx:該太陽電池芯或該發光元件之橫向尺寸Ly:該太陽電池芯或該發光元件之縱向尺寸:該反射面之凹凸形狀方向與該太陽電池芯或該發光元件之橫向的邊緣之夾角A:透射相鄰的太陽電池芯之間,且在光再利用薄片反射而入射至該太陽電池芯之受光面的光之最大寬度;或來自該發光元件而不在特定方向射出,在該光再利用薄片反射而在特定方向射出的光之最大寬度;其中該太陽電池芯或該發光元件之橫向或縱向的寬度係與該光之最大寬度A相同,該橫向的寬度係與該光之最大寬度A相同時,係以=0度的方式來形成該反射面;該縱向的寬度係與該光之最大寬度A相同時,係以=90度的方式來形成該反射面。
  4. 一種太陽電池模組,其特徵為包括將光予以入射之前面板、將經透射該前面板的光予以透射之填充層、具有受光面以及與該受光面相反側之背面,藉由該填充層予以固定,將從該填充層所透射的光由該受光面受光,以將光變換為電氣之太陽電池芯、與配設成與該太陽電池芯之該背面相向,將透射相互鄰接的該太陽電池芯之間的光反射,且具有使該光在該太陽電池芯受光的該凹凸形狀之反射面之如申請專利範圍第1至3項中任一項之光再利用薄片。
  5. 一種光源模組,其特徵為包括將光透射且具有射出面之填充層、具有發光面以及與該發光面相反側之背面,藉由該填充層予以固定,將電氣變換為光,且使該光從該發光面 予以發光,而使該光在該填充層之射出面進行反射之發光元件、與配設成相向於該發光元件之該背面,具有使在該填充層之該射出面所反射的光再度朝向該射出面進行反射之該凹凸形狀之反射面的如申請專利範圍第1至3項中任一項之光再利用薄片。
  6. 一種太陽電池模組,其特徵係包括將光予以入射之前面板、將經透射該前面板的光予以透射之填充層、具有受光面以及與該受光面相反側之背面,藉由該填充層予以固定,將從該填充層所透射的光由該受光面受光,以將光變換為電氣之太陽電池芯、與配設成與該太陽電池芯之該背面相向,具有將沒有在該太陽電池芯之該受光面受光的光予以反射的該凹凸形狀之反射面之如申請專利範圍第1至3項中任一項之光再利用薄片,其中將該光再利用薄片之該反射面與該太陽電池芯之該受光面的間隔以C表示,將入射至該光再利用薄片的光與在該光再利用薄片反射的光之夾角以β表示,且將該太陽電池芯之間隙的間隔以G表示時,該反射面係滿足下式:C .tanβ<G
  7. 如申請專利範圍第6項之太陽電池模組,其中將該太陽電池模組之該入射面與該光再利用薄片之該反射面的間隔以H表示,將該太陽電池芯的寬度以W表示時,該光再利用薄片之該反射面係滿足
  8. 如申請專利範圍第7項之太陽電池模組,其中該光再利用薄片之該反射面係滿足G=(2H -C ).tanβ。
  9. 如申請專利範圍第6項之太陽電池模組,其中將該太陽電池模組之該入射面與該光再利用薄片之該反射面的間隔以H表示時,該光再利用薄片之該反射面係滿足G=(2H -C ).tanβ。
  10. 一種太陽電池模組,其特徵為包括將光予以入射之前面板、將經透射該前面板的光予以透射之填充層、具有受光面以及與該受光面相反側之背面,藉由該填充層予以固定,將從該填充層所透射的光由該受光面受光,以將光變換為電氣之太陽電池芯、以及配設成與該太陽電池芯之該背面相向,具有將沒有在該太陽電池芯之該受光面受光的光予以反射的該凹凸形狀之反射面之如申請專利範圍第1至3項中任一項之光再利用薄片,其中將該光再利用薄片之該反射面與該太陽電池芯之該受光面的間隔以C表示時,具有滿足下式之反射面:C =0。
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