WO2010001703A1 - 波長変換フィルム、これを用いた太陽電池モジュール及びこれらの製造方法 - Google Patents
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Definitions
- the present invention relates to a wavelength conversion film for a solar cell, a solar cell module using the same, and a method for producing them. More specifically, the present invention relates to a solar cell module that can increase power generation efficiency by converting light in a wavelength region that does not contribute to power generation into light in a wavelength region that contributes to power generation, a wavelength conversion film used for the solar cell module, and a manufacturing method thereof. Is.
- FIG. 3 shows a schematic diagram (cross-sectional view) of a conventional silicon crystal solar cell module.
- a protective glass (also referred to as cover glass) 201 on the surface uses tempered glass in consideration of impact resistance, and a sealing material 202 (usually also referred to as a resin or filler mainly composed of ethylene vinyl acetate copolymer).
- a sealing material 202 usually also referred to as a resin or filler mainly composed of ethylene vinyl acetate copolymer.
- one surface is provided with an uneven pattern by embossing.
- the uneven pattern is formed on the inner side (that is, the lower surface of the protective glass 201 in FIG. 3), and the surface of the solar cell module is smooth. Further, a sealing material 202 and a back film 204 for protecting and sealing the solar battery cell 100 and the tab wire 203 are provided below the protective glass 201 (see, for example, Non-Patent Document 1).
- a layer that emits light in a wavelength region that can contribute to power generation by converting the wavelength of ultraviolet or infrared light that does not contribute to power generation in a sunlight spectrum using a fluorescent material also referred to as a light emitting material.
- a fluorescent material also referred to as a light emitting material.
- Patents 2 to 14 propose a wavelength conversion of light that does not contribute to power generation into light in a wavelength range that can contribute to power generation, and the wavelength conversion film contains a fluorescent material.
- the incident sunlight passes through the wavelength conversion film, it is scattered and does not reach the solar cells sufficiently, and the ratio of not contributing to power generation increases.
- the wavelength conversion film converts light in the ultraviolet region into light in the visible region, there is a problem that the ratio of the electric power generated with respect to incident sunlight (power generation efficiency) does not increase so much.
- fluorescent materials have no moisture resistance and heat resistance, and are prone to deterioration. Further, when the concentration of the fluorescent substance in the dispersion medium resin is increased, concentration quenching occurs when the concentration is higher than a certain level, and therefore there is a problem that it cannot be used above a certain concentration.
- the present invention is intended to alleviate the above-described problems.
- a fluorescent material that has excellent moisture resistance, heat resistance, good dispersibility, and suppressed concentration quenching
- the purpose is to improve the power generation efficiency stably.
- light having a shorter wavelength than 400 nm and a wavelength longer than 1200 nm are not effectively used in sunlight, and about 56% of solar energy is sunlight due to this spectrum mismatch. Does not contribute to power generation.
- the present invention is to overcome spectral mismatch by using a fluorescent material with excellent moisture resistance and heat resistance, good dispersibility, and no concentration quenching, wavelength conversion, and efficient and stable use of sunlight. That's it.
- the wavelength conversion film of the present invention is intended to contain a fluorescent material that is excellent in moisture resistance and heat resistance, has good dispersibility, and does not cause concentration quenching.
- the wavelength conversion film of the present invention efficiently converts light that does not contribute to photovoltaic power generation into incident light that contributes to power generation, and at the same time, efficiently introduces the light into a solar cell without scattering. The purpose is to do.
- the present inventors have used a fluorescent substance particle having a fluorescent substance particle and a coating layer covering the periphery of the fluorescent substance particle as a wavelength conversion film. It is possible to provide a wavelength conversion film that is excellent in moisture resistance and heat resistance, has good dispersibility, and does not cause concentration quenching, at the same time as converting light that does not contribute to solar power generation into a wavelength that contributes to power generation. I found it.
- the present invention is as follows.
- a wavelength conversion film containing a fluorescent material and a dispersion medium resin which is used as one of light transmissive layers of a solar battery module having a plurality of light transmissive layers and solar cells.
- the wavelength conversion film, wherein the fluorescent substance is a coated fluorescent substance particle having a fluorescent substance particle and a coating layer covering the periphery of the fluorescent substance particle.
- the wavelength conversion film is disposed on a light receiving surface of the solar battery cell, the coating layer has a refractive index of 1.5 to 2.1, and the dispersion medium resin has a refractive index of 1.5 to 2.1. 2.1, and the plurality of light transmissive layers are layer 1, layer 2,..., Layer m from the light incident side, and their refractive indexes are n1, n2,.
- a solar cell module having the wavelength conversion film according to any one of (1) to (4) above.
- the wavelength conversion film according to any one of (1) to (4) above is laminated, and the light
- the manufacturing method of the solar cell module characterized by having the process of comprising one of the permeable layers.
- the fluorescent material for converting light that does not contribute to solar power generation into a wavelength that contributes to power generation among incident sunlight is excellent in moisture resistance and heat resistance. Since the dispersibility is good and concentration quenching does not occur, a wavelength conversion film that can use sunlight efficiently and stably can be provided. Moreover, the wavelength conversion film which can introduce
- the wavelength conversion film of the present invention is used as one of the light transmissive layers of a solar cell module having a plurality of light transmissive layers and solar cells, and includes a fluorescent material and a dispersion medium resin. It is the covering fluorescent substance particle which has a fluorescent substance particle and the coating layer which covered the circumference
- the refractive indices of the coating layer of the coated fluorescent substance particles and the dispersion medium resin of the wavelength conversion film are each preferably 1.5 to 2.1, and the plurality of light transmissive layers are formed from the light incident side. 1, layer 2,..., Layer m, and n 1, n 2,..., Nm, it is preferable that n 1 ⁇ n 2 ⁇ . Moreover, it is more preferable to reduce the difference in refractive index between the coating layer and the dispersion medium resin because the scattering loss of sunlight can be reduced. If the refractive index does not satisfy this, reflection at the layer interface tends to increase, and light loss tends to increase.
- the external light entering from all angles has less reflection loss and is efficiently introduced into the solar battery cell, so that the refractive index of the wavelength conversion film is closer to the light incident side than the wavelength conversion film.
- the light transmissive layer disposed that is, the light transmissive layer disposed higher than the refractive index of the antireflection film, the protective glass, the sealing material, the mold film, and the like, and disposed on the light incident side of the wavelength conversion film, that is,
- the refractive index is preferably lower than the refractive index of the SiNx: H layer (also referred to as “cell antireflection film”) and the Si layer of the solar battery cell.
- the light-transmitting layer disposed on the light incident side from the wavelength conversion film that is, the refractive index of the antireflection film is 1.25 to 1.45, such as a protective glass, a sealing material, and a mold film.
- a refractive index of about 1.45 to 1.55 is usually used.
- the light-transmitting layer disposed on the light incident side of the wavelength conversion film, that is, the refractive index of the SiNx: H layer (cell antireflection film) of the solar battery cell is usually about 1.9 to 2.1 and the Si layer In general, a refractive index of about 3.3 to 3.4 is used. From the above, the refractive index of the wavelength conversion film of the present invention is set to 1.5 to 2.1, preferably 1.5 to 2.1.
- the preferable refractive index of the other layer of a light transmissive layer is as showing below.
- the value of the normalized extinction coefficient a of the wavelength conversion film represented by the following formula (1) is preferably 0.1 or less when the wavelength of incident light is 400 to 1200 nm.
- a is in the above range, the same light transmittance as that of the protective glass and the sealing material can be obtained, and the light absorption loss due to the wavelength conversion film need not be taken into consideration.
- T is the light transmittance
- L is the average film thickness ( ⁇ m).
- the light transmittance of T is the light transmittance of the material itself in the state without the unevenness
- the film average thickness of L is the average thickness of the wavelength conversion film material.
- the refractive index of the fluorescent material particles is higher than 1.5.
- the dispersion medium resin of the wavelength conversion film a 1.5 to 2.1 material is practically used. Therefore, in order to reduce the difference in the refractive index between the fluorescent substance particles and the dispersion medium resin, Scattering of sunlight by Rayleigh scattering can be achieved by using a coating layer material of the same degree as the refractive index (refractive index 1.5 to 2.1) and reducing the difference in refractive index between the coated phosphor particles and the dispersion medium resin. This is preferable from the viewpoint of reducing loss.
- the scattering of light correlates with the coated fluorescent substance particles in the film, that is, the difference in refractive index between the coating layer and the dispersion medium resin, and the size of the particle diameter of the coated fluorescent substance particles. Specifically, if the difference between the refractive index of the coating layer and the refractive index of the dispersion medium resin is small, the light scattering is not significantly affected by the particle size of the coated fluorescent substance particles, and the light scattering is also small. It becomes. However, if the difference between the refractive index of the coating layer and the refractive index of the dispersion medium resin increases, the light scattering is affected by the size of the particle diameter of the coated fluorescent material particles, so that the particle diameter is as small as possible. It is preferable that
- the scattering can be reduced by setting the refractive index of the coated phosphor particles (that is, the refractive index of the coating layer material) and the refractive index of the dispersion medium resin to the same level.
- the loss of sunlight due to scattering can be reduced by reducing the particle diameter of the coated phosphor particles.
- a primary particle diameter of the coated fluorescent substance particle is 100 nm or less.
- the particle size (primary particle diameter) of the coated fluorescent substance particles coated with the coating layer material used for the wavelength conversion film of the present invention is 1 to the light wavelength in order to sufficiently reduce the scattering loss due to Rayleigh scattering. Desirably smaller than / 3. That is, since the light in the ultraviolet region is about 400 nm, the primary particle size of the coated phosphor particles is required to be 100 nm or less.
- the coating layer material used for the wavelength conversion film is desirably silica glass formed on the surface of the fluorescent material by a sol-gel method using silicon alkoxide.
- the coated phosphor particles can be formed at a low temperature and with a simple process, so that a wavelength conversion film can be produced at a low cost.
- “silica glass” may appropriately contain titanium oxide, niobium oxide, alumina, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like.
- Fluorescent substances are generally deteriorated by oxygen and moisture, and there is a problem that wavelength conversion efficiency deteriorates with time. Therefore, by covering the periphery of the phosphor particles with silica glass as a coating layer material, an effect is obtained that the silica glass blocks oxygen and moisture and prevents the wavelength conversion efficiency of the phosphor from deteriorating.
- the method of coating the phosphor particles with silica glass by the sol-gel method is not particularly limited as long as it is a known method, but is performed by treating the phosphor particles with silicon alkoxide in a solvent and heating. Can do.
- the refractive index of silica glass is about 1.45, it is appropriately adjusted to include titanium oxide, niobium oxide, alumina, silicon nitride, silicon oxynitride and the like so that the refractive index of the dispersion medium resin is about the same. It is also preferable.
- dissimilar metals to be blended with silica glass include Ti, Ta, Ge, Zn, Zr, Al, Sb, Be, Cd, Cr, Sn, Cu, Ga, Mn, Fe, Mo, V, W, and Ce. It is done.
- Silica glass containing a different metal is obtained by adjusting the amount to adjust to the target refractive index, mixing the metal alkoxide of the different metal with silicon alkoxide, and causing the sol-gel reaction to the mixture.
- M (OR) n is mentioned as a metal alkoxide of a different metal.
- M is a metal, n is its valence, R is an organic group having 1 to 10 carbon atoms, and R may be all the same or different.
- the method of coating the phosphor particles with silica glass by the sol-gel method is not particularly limited, but the phosphor particles are dissolved in a suitable solvent and separately stirred for sol-gel using silicon alkoxide, alcohol solvent, and water. Make a solution.
- the previously prepared phosphor material solution is added, stirred well, and the catalyst is added.
- the reaction can be performed by stirring until a white precipitate is observed in the solution, transferring to a vat of glass, Teflon (registered trademark), etc., heating to about 80 to 120 ° C. for 2 hours or more, and drying.
- a solvent used in the sol-gel method a mixed solution of water and an organic solvent is used.
- the organic solvent include dimethylformamide (DMF), tetrahydrofuran (THF), alcohols such as methanol and ethanol, chloroform, toluene and the like.
- the confirmation that the coating layer is formed around the fluorescent substance particles is indirect, but, for example, the high temperature and high humidity resistance is measured under the conditions of 85 ° C. and 85% RH, and the fluorescent substance particles before the coating layer is formed. Judged by the presence or absence of improvement in high temperature and high humidity resistance.
- Examples of the silicon alkoxide used in the sol-gel method include tetraalkoxysilane, trialkoxysilane, and diorganodialkoxysilane.
- tetraalkoxysilane examples include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra-n-propoxysilane, tetra-iso-propoxysilane, tetra-n-butoxysilane, tetra-sec-butoxysilane, and tetra-tert-butoxysilane. And tetraphenoxysilane.
- trialkoxysilanes include trimethoxysilane, triethoxysilane, tripropoxysilane, fluorotrimethoxysilane, fluorotriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltri-n-propoxysilane, and methyltri-iso.
- -Propoxysilane methyltri-n-butoxysilane, methyltri-iso-butoxysilane, methyltri-tert-butoxysilane, methyltriphenoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, ethyltri-n-propoxysilane, ethyltri-iso -Propoxysilane, ethyltri-n-butoxysilane, ethyltri-iso-butoxysilane, ethyltri-tert-butoxysilane, ethyltriphenoxy Lan, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, n-propyltri-n-propoxysilane, n-propyltri-iso-propoxysilane, n-propyltri-n-butoxysilane, n-propyl
- diorganodialkoxysilane examples include dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldi-n-propoxysilane, dimethyldi-iso-propoxysilane, dimethyldi-n-butoxysilane, dimethyldi-sec-butoxysilane, and dimethyldi-tert.
- Examples of compounds other than the above include bis (trimethoxysilyl) methane, bis (triethoxysilyl) methane, bis (tri-n-propoxysilyl) methane, bis (tri-iso-propoxysilyl) methane, and bis (tri Methoxysilyl) ethane, bis (triethoxysilyl) ethane, bis (tri-n-propoxysilyl) ethane, bis (tri-iso-propoxysilyl) ethane, bis (trimethoxysilyl) propane, bis (triethoxysilyl) propane Bis (tri-n-propoxysilyl) propane, bis (tri-iso-propoxysilyl) propane, bis (trimethoxysilyl) benzene, bis (triethoxysilyl) benzene, bis (tri-n-propoxysilyl) benzene, Bis (tri-iso-propoxysilyl) Bis silyl alkane
- hexaalkoxydisilanes such as hexamethoxydisilane, hexaethoxydisilane, hexa-n-propoxydisilane, hexa-iso-propoxydisilane, 1,2-dimethyltetramethoxydisilane, 1,2-dimethyltetraethoxydisilane, And dialkyltetraalkoxydisilanes such as 1,2-dimethyltetrapropoxydisilane.
- a compound (halogenated silane) in which the hydrolyzable group is a halogen atom (halogen group) can also be used.
- halogenation in which the alkoxy group in each alkoxysilane molecule described above is substituted with a halogen atom. Silane etc. are mentioned.
- a compound (acetoxysilane) in which the hydrolyzable group is an acetoxy group can also be used. Specific examples include acetoxysilane in which the alkoxy group in each alkoxysilane molecule described above is substituted with an acetoxy group. It is done. Furthermore, a compound (isocyanate silane) in which the hydrolyzable group X is an isocyanate group can also be used. Specifically, for example, an isocyanate silane in which the alkoxy group in each alkoxysilane molecule described above is substituted with an isocyanate group, etc. Is mentioned.
- a compound in which the hydrolyzable group is a hydroxyl group can also be used.
- a hydroxysilane in which the alkoxy group in each alkoxysilane molecule described above is substituted with a hydroxyl group, etc. can be mentioned.
- These silicon alkoxides are used alone or in combination of two or more.
- resins obtained by hydrolytic condensation of partial condensates such as silicon alkoxide multimers resins obtained by hydrolytic condensation of partial condensates such as silicon alkoxide multimers and silicon alkoxide, silicon alkoxides and others Resins obtained by hydrolytic condensation with the above compounds, partial condensates such as silicon alkoxide multimers and other compounds (compounds that can cause partial condensation with silicon alkoxides, specifically compounds having OH groups) It is also possible to use a resin obtained by hydrolytic condensation of
- partial condensates such as silicon alkoxide multimers
- hexaalkoxydisiloxanes such as hexamethoxydisiloxane, hexaethoxydisiloxane, hexa-n-propoxydisiloxane, hexa-iso-propoxydisiloxane, and partial condensation.
- a europium complex is preferable.
- a molecule to be a ligand is necessary.
- the ligand is not limited and may be a molecule that forms a complex with europium. Anything is fine.
- a fluorescent substance composed of such a europium complex N.I. Kamata, D.H. Terunuma, R.A. Ishii, H.M. Satoh, S .; Aihara, Y. et al. Yaoita, S .; Tonsyo, J .; Organometallic Chem. , 685, 235, 2003.
- Eu (TTA) 3 phen etc. mentioned in the above can be used.
- a method for producing Eu (TTA) 3 Phen is described in, for example, Masa Mitsui, Shinji Kikuchi, Tokuji Miyashita, Yutaka Amano, J. et al. Mater. Chem. Reference may be made to the method disclosed in 2003, 13, 285-2879.
- the europium complex converts light in the ultraviolet region into light in the red wavelength region with high wavelength conversion efficiency, and the converted light contributes to power generation in the solar battery cell.
- the method for measuring the primary particle diameter of the coated fluorescent substance particles can be performed using, for example, an electron microscope. In order to set the primary particle diameter of the coated fluorescent substance particles obtained by the sol-gel method to 100 nm, the reaction time, temperature, blending ratio, type of solvent, catalyst, etc. in the sol-gel method may be appropriately adjusted.
- the wavelength conversion film of the present invention is prepared by mixing the coated fluorescent substance particles and the dispersion medium resin to prepare a resin composition, which is then formed into a film.
- the wavelength conversion film of the present invention preferably has a fine concave or convex shape having a polygonal pyramid or cone. It is not necessary to have fine concave or convex polygonal pyramids or cones. In this case, the manufacturing process is simplified.
- the light-transmitting layer disposed on the light incident side of the wavelength conversion film that is, the refractive index of the antireflection film is 1.25 to 1.45, protective glass, sealing material, mold film, etc.
- a refractive index of about 1.45 to 1.55 is usually used.
- the light-transmitting layer disposed on the light incident side of the wavelength conversion film, that is, the refractive index of the SiNx: H layer (cell antireflection film) of the solar battery cell is usually about 1.9 to 2.1 and the Si layer In general, a refractive index of about 3.3 to 3.4 is used.
- the refractive index of the wavelength conversion film of the present invention is set to 1.5 to 2.1, preferably 1.5 to 2.1. In order to set the refractive index of the wavelength conversion film to 1.5 to 2.1, the refractive indexes of the dispersion medium resin and the coated fluorescent substance particles should be in this range.
- the coated fluorescent substance particles introduced into the film dispersion medium resin have little light scattering.
- those having a refractive index of 1.5 to 2.1 used as the dispersion medium resin are listed below.
- poly ( ⁇ -naphthyl methacrylate) (1.641), poly (chloro-p-xylene) (1.629), poly (styrene sulfide) (1.657), poly (sulfone) [poly [4, 4′-isopropylidenediphenoxydi (4-phenylene) sulfide]] (1.633).
- titanium oxide hybrid resins examples include organic-inorganic hybrid resins, and specifically, titanium oxide hybrid resins can be used.
- the titanium oxide hybrid resin other resins, for example, resin compositions described in JP 2008-297537 A and JP 2008-255124 A can be used.
- a solar cell module includes an antireflection film, a protective glass, a sealing material, a wavelength conversion film, a mold film that serves as a mold for forming a concave or convex portion of the wavelength conversion film, a solar cell, a back film, and a cell electrode. , Composed of necessary members in a tab line or the like.
- the light-transmitting layer having light transmittance includes an antireflection film, a protective glass, a sealing material, the wavelength conversion film of the present invention, a mold film, and a SiNx: H layer of a solar cell (cell reflection). Prevention film) and Si layer.
- the order of lamination of the light-transmitting layers mentioned above is usually an antireflection film, a protective glass, a sealing material, and a mold that is formed if necessary, in order from the light receiving surface of the solar cell module.
- the wavelength conversion film of this invention is arrange
- the wavelength conversion film of the present invention is used as one of the light transmissive layers of a solar cell module having a plurality of light transmissive layers and solar cells, and more specifically, one side is a solar cell.
- the surface follows the uneven shape of the surface without a gap, and the other surface is formed so as to spread a large number of fine convex or concave shapes without a gap, and the shape of each of the fine concave or convex portions is a cone having substantially the same shape.
- a polygonal pyramid having a refractive index of 1.5 to 2.1 and containing the coated phosphor particles, and a plurality of light-transmitting layers from the light incident side to layer 1, layer 2,.
- the present invention provides a wavelength conversion film with a mold film used for a solar cell module, that is, the wavelength conversion film, and the minute concave or convex side of the wavelength conversion film, complementary to the fine concave or convex portion (no gap).
- a mold film (a mold film that serves as a mold for forming a concave or convex portion of a film) in which a large number of fine convexities or concave portions that are completely meshed and bonded are formed without gaps, and the refractive index thereof is smaller than the refractive index of the wavelength conversion film.
- a film with a mold film having a smooth appearance is also provided.
- mold film is used as a casting_mold
- the plurality of light transmissive layers are layer 1, layer 2,..., Layer m from the light incident side, and the refractive indexes thereof are n1, n2,. In this case, it is preferable that n1 ⁇ n2 ⁇ . If the refractive index does not satisfy this, reflection at the layer interface tends to increase, and light loss tends to increase.
- the fine convex or concave polygonal pyramid or conical surface of the wavelength conversion film has a narrow apex angle.
- the reflected light leaks to the outside again if the apex angle is too narrow.
- the apex angle is preferably 75 to 150 degrees, and most preferably, the apex angle is ideally 90 Good. If the apex angle is 90 degrees, it can be said that the angle is the best in terms of performance and processing accuracy.
- the size of the base is the value obtained by dividing the shortest wavelength to be used by the refractive index of the material.
- the refractive index is 2.0
- the solar cell module has a thickness of about 175 nm.
- the processing method is also limited. Therefore, the present invention does not require such an ultrafine structure. Therefore, considering the ease of processing, the thickness is preferably 1 to 1000 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m.
- the thickness of the wavelength conversion film of the present invention is considered by dividing the wavelength conversion film into a pedestal portion and a fine convex or concave polygonal pyramid or cone portion. Since it is necessary to follow the uneven shape of the solar battery cell and embed it, the thickness of the pedestal portion must be equal to or greater than the unevenness of the solar battery cell.
- corrugation of this photovoltaic cell includes the cell electrode of a photovoltaic cell, a tab wire, etc.
- the surface of the solar battery cell is textured, and the depth thereof is 0 to 20 ⁇ m.
- the height of fine concave or convex polygonal pyramids or cones formed so as to be regularly laid out without gaps is mainly due to processing. From request, 1-100 ⁇ m.
- the thickness of the pedestal portion of the wavelength conversion film of the present invention is larger than the depth of 0 to 20 ⁇ m of the texture structure on the surface of the solar battery cell, and the thickness of the fine concave portion or convex portion of the wavelength conversion film is processed. In view of the above requirements, the thickness is preferably 1 to 100 ⁇ m.
- One side of the wavelength conversion film of the present invention follows the unevenness of the surface (light receiving surface) of the solar cell without gaps, and is usually bonded onto the solar cell 100 as shown in FIG.
- the mold film used to form the fine convex or concave polygonal pyramid or cone on the film is removed, and the sealing material 202 is laminated to form a void.
- the film may be left without being removed.
- connection tab lines and electrodes are omitted, but the wavelength conversion film of the present invention is a solar cell light receiving surface that is the other surface having a fine convex or concave polygonal pyramid or cone. In terms of surface, it is preferable that the connection tab line and the uneven shape of the electrode can be followed without a gap.
- the wavelength conversion film follows the unevenness of the solar battery cell on one side as described above, and is preferably provided on the other side in order to reduce reflection loss from external light. Fine concave or convex polygonal pyramids or cones formed so as to be laid out without gaps are transferred. Therefore, when forming a wavelength conversion film, it is important to use the resin composition containing the said covering fluorescent substance particle in a semi-hardened state.
- a photo-curing resin, a thermosetting resin, a thermoplastic resin that flows by heating or pressurization which can easily give a fine convex or concave polygonal pyramid or cone, alone or in combination Used.
- an organic-inorganic hybrid composition containing titanium tetraalkoxide obtained by a sol-gel method is preferable as a resin composition, which exhibits shape transferability.
- the coated fluorescent material particles preferably coated fluorescent material particles containing a europium complex, are contained in the resin composition.
- the preferable blending amount of the coated fluorescent substance particles is preferably 0.001 to 5.0% by mass in terms of elemental mass concentration of europium. If it is 0.001% by mass or less, the luminous efficiency tends to be small, and if it is 5.0% by mass or more, the luminous efficiency tends to decrease due to concentration quenching.
- a photocurable resin, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or the like is preferably used as the dispersion medium resin of the resin composition.
- the resin configuration of the photocurable resin and the photocuring method are not particularly limited.
- the resin composition for a wavelength conversion film is capable of producing free radicals by (A) a photocurable resin, (B) a crosslinkable monomer, and (C) light in addition to the fluorescent material. It consists of a dispersion medium resin component such as a photoinitiator to be generated.
- the photocurable resin (A) a copolymer obtained by copolymerizing acrylic acid or methacrylic acid and alkyl esters thereof and other vinyl monomers copolymerizable therewith as a constituent monomer is used. These copolymers can be used alone or in combination of two or more.
- the alkyl acrylate ester or alkyl methacrylate ester include methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, and the like.
- Acrylic acid unsubstituted alkyl ester or methacrylic acid unsubstituted alkyl ester acrylic acid substituted alkyl ester or methacrylic acid substituted alkyl ester in which a hydroxyl group, an epoxy group, a halogen group or the like is substituted on these alkyl groups.
- vinyl monomers that can be copolymerized with acrylic acid, methacrylic acid, alkyl acrylate ester or alkyl methacrylate ester include acrylamide, acrylonitrile, diacetone acrylamide, styrene, vinyl toluene, and the like. These vinyl monomers can be used alone or in combination of two or more.
- the weight average molecular weight of the component (A) dispersion medium resin is preferably 10,000 to 300,000 from the viewpoint of coating properties, coating strength, and developability.
- crosslinkable monomer examples include dicyclopentenyl (meth) acrylate; tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate; benzyl (meth) acrylate; polyhydric alcohol reacted with ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid.
- (A) the photocurable resin and / or (B) the crosslinkable monomer contains bromine and sulfur atoms.
- bromine-containing monomers include New Frontier BR-31, New Frontier BR-30, and New Frontier BR-42M manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku.
- sulfur-containing monomer composition include IU-L2000, IU-L3000, and IU-MS1010 manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company.
- the bromine and sulfur atom-containing monomers (polymers containing them) used in the present invention are not limited to those listed here.
- the photoinitiator is preferably a photoinitiator that generates free radicals by ultraviolet light or visible light.
- benzoin ethers such as benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin propyl ether, benzoin isobutyl ether, and benzoin phenyl ether
- Benzophenones such as benzophenone, N, N'-tetramethyl-4,4'-diaminobenzophenone (Michler ketone), N, N'-tetraethyl-4,4'-diaminobenzophenone, benzyldimethyl ketal (Ciba Specialty) Chemicals, IRGACURE (Irgacure) 651), benzyl ketals such as benzyl diethyl ketal, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, p-tert-butyldichloroacetate Acetophenone
- Examples of (C) photoinitiators that can be used as photoinitiators include 2,4,5-triallylimidazole dimer, 2-mercaptobenzoxazole, leucocrystal violet, tris (4-diethylamino-2 Combinations with -methylphenyl) methane and the like are also mentioned.
- an additive that can be used as a sensitizer system with a better photoinitiation performance as a whole when used in combination with the above substances such as triethanolamine for benzophenone, etc. Secondary amines can be used.
- an acrylic photocurable resin but an epoxy photocurable resin that is usually used can also be preferably used as the dispersion medium resin of the wavelength conversion film of the present invention.
- thermoplastic resin that flows by heating or pressurization for the dispersion medium resin of the wavelength conversion film resin composition
- poly-1,2-butadiene 1.50
- polyisobutene 1.505 to 1.51
- polybutene 1.513
- poly-2-heptyl- 1,3-butadiene 1.50
- poly-2-t-butyl-1,3-butadiene (n 1.506)
- ethyl cellulose 1.479
- phenoxy resin 1.5 to 1.6
- urethane acrylate, epoxy acrylate, and polyether acrylate are excellent from the viewpoint of adhesiveness.
- Epoxy acrylates include 1,6-hexanediol diglycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, allyl alcohol diglycidyl ether, resorcinol diglycidyl ether, adipic acid diglycidyl ester, phthalic acid diglycidyl ester, polyethylene glycol diglycidyl ether And (meth) acrylic acid adducts such as trimethylolpropane triglycidyl ether, glycerin triglycidyl ether, pentaerythritol tetraglycidyl ether, and sorbitol tetraglycidyl ether.
- Polymers having a hydroxyl group in the molecule are effective for improving the adhesion.
- These copolymer resins can be used in combination of two or more as required.
- the softening temperature of these resins is preferably 200 ° C. or less, and more preferably 150 ° C. or less from the viewpoint of handleability. Considering that the use environment temperature of the solar cell unit is usually 80 ° C. or lower and workability, the softening temperature of the resin is particularly preferably 80 to 120 ° C.
- composition of the other resin composition when the thermoplastic resin is used as the dispersion medium resin is not particularly limited as long as it contains the coated phosphor particles, but usually used components such as a plasticizer, a flame retardant, It is possible to contain a stabilizer and the like.
- an inorganic material inorganic fine particles having a high refractive index (preferably a refractive index of 1.6 or more) can be dispersed in the resin composition for wavelength conversion film.
- a high refractive index preferably a refractive index of 1.6 or more
- the size of the inorganic fine particles dispersed in the resin is larger than the wavelength, light is scattered, which is counterproductive.
- inorganic fine particles examples include titanium oxide, zirconium oxide, zinc oxide, tin oxide, cerium oxide, antimony oxide, indium tin mixed oxide, antimony tin mixed oxide, and the like.
- Surface treatment may be performed with silica, zirconium oxide, higher fatty acid or the like.
- a dispersant titanate-based, aluminum-based, or silicon-based coupling agent
- Dispersants include products supplied under the trade name of Disperbic, Big Chemie Japan, Disperbyk-111, Disperbyk-110, Disperbyk-116, Disperbyk-140, Disperbyk-161, Disperbyk-162, Disperbyk-163, Disperbyk-164, Disperbyk-170, Disperbyk-171, Disperbyk-174, Disperbyk-180, Disperbyk-182, etc., acetamine 24, acetamine 86, coatamin 24P, coatamine 86PW, coatamine 86PW, coatamine 86PW, coatamine 86PW, Farmin 08D, Farmin 20D, Farmin 80, Farmin 86T, Farmin , Farmin T, Farmin D86, Farmin DM 24C, Farmin DM 0898, Farmin DM 1098, Farmin DM
- titanate coupling agents products provided by Ajinomoto Co., Inc. under the trade name Plenact, KR-TTS, KR-46B, KR-55, KR-41B, KR-38S, KR-138S, KR- 238S, 338X, KR-44, KR-9SA and the like.
- aluminum coupling agents include Plenact AL-M manufactured by the same company.
- M in the general formula (a) is selected from Zn, Zr, Al, Si, Sb, Be, Cd, Cr, Sn, Cu, Ga, Mn, Fe, Mo, V, W, Ge, and Ce. It can be a metal.
- R 1 and R 2 in the general formula (a) are organic groups having 1 to 10 carbon atoms, and a plurality of them are bonded to M, but they may all be the same or different.
- n is an integer of 0 or more
- m is an integer of 1 or more
- n + m is equal to the valence of M.
- R in the general formula (b) is an organic group having 1 to 10 carbon atoms.
- More preferred metal alkoxides are titanium tetraalkoxides, more preferably titanium tetraisopropoxide, titanium tetra (n-butoxide) and the like.
- the metal alkoxide used in the organic-inorganic hybrid composition by the sol-gel method may be one kind or plural kinds.
- the organic-inorganic hybrid composition prepared by the sol-gel method used as a resin composition contains the above coated phosphor particles, polymer, monomer, and initiator as essential components, and if necessary, a solvent, an adhesion aid, and a stable An agent, a surfactant and the like can be added.
- the polymer include the (A) photocurable resin, the monomer includes the (B) crosslinkable monomer, and the initiator includes the (C) photoinitiator. It is done.
- the wavelength conversion film of the present invention comprises (1) a fluorescent material particle coating step in which fluorescent material particles are coated with silica glass by a sol-gel reaction using silicon alkoxide to obtain coated fluorescent material particles having a coating layer; (2) The coated phosphor material particles can be dispersed in a dispersion medium resin to produce a resin composition, and the resin composition can be used to produce a wavelength conversion film.
- the wavelength conversion film is a resin composition containing the above-described coated fluorescent substance particles for the sol-gel method in the form of a solution.
- a metal alkoxide represented by (b) water and an acid and / or an alkali catalyst are added, applied to a substrate such as PET, and the solvent is evaporated by heating to obtain a semi-cured resin composition layer. It is obtained by forming a fine uneven shape after being attached to a solar battery cell.
- the acid catalyst used in the sol-gel method include commonly used acid catalysts such as hydrochloric acid and organic acids.
- alkali catalyst examples include commonly used alkali catalysts such as sodium hydroxide and organic alkali. However, depending on the reactivity of the selected metal alkoxide, water and / or acid and / or alkali catalyst may not be required. The heating temperature also depends on the reactivity of the metal alkoxide.
- the heating temperature may be about 100 ° C. or less.
- the semi-cured resin composition layer it is also possible to apply it as a varnish on the solar battery cell, and then form a semi-cured resin composition layer.
- the ( ⁇ MO—) three-dimensional structure is not necessarily required as long as a high refractive index can be realized.
- the three-dimensional structure of titanium oxide becomes a semiconductor so as to be used in a photocatalyst.
- this structure is inconvenient in terms of photodegradation, so in order to intentionally break the three-dimensional structure, it can be used in combination with another metal alkoxide, or intentionally hydrolysis and dehydration condensation should be halfway.
- a technique that reduces the amount of water is effective.
- the amount of water used in the sol-gel method is preferably 2 mol or less with respect to 1 mol of titanium atoms.
- a resin composition containing the above-mentioned coated fluorescent substance particles is used as PET.
- coating to a base material and volatilizing a solvent by heating and making it into a film form is mentioned.
- the said resin composition in a varnish form, without applying film form, apply
- the solar cell irregularities can be completely embedded at the time of application in a varnish form.
- the same fine concave or convex shape A mold film having a polygonal pyramid or cone is placed on a semi-cured resin composition layer, vacuum laminated, and shape transferred to a semi-cured resin composition layer to obtain a wavelength conversion film.
- the substrate is not obtained by forming a fine concave or convex polygonal pyramid or cone with a mold film to obtain a wavelength conversion film.
- the wavelength conversion film may be cured after the mold film is peeled off, or the wavelength conversion film may be cured with the mold film attached.
- the method for curing the semi-cured wavelength conversion film may impart photocurability or thermosetting to the resin composition in advance.
- the present invention also covers a solar module using the wavelength conversion film or the wavelength conversion film with a mold film.
- the wavelength conversion film of the present invention is used as one of the light transmissive layers of a solar cell module having a plurality of light transmissive layers and solar cells.
- a solar cell module having high power generation efficiency can be realized by using a europium complex as the fluorescent material used in the wavelength conversion film of the present invention.
- the europium complex converts light in the ultraviolet region into light in the red wavelength region with high wavelength conversion efficiency, and the converted light contributes to power generation in the solar battery cell.
- a base film 304 such as PET as a base material
- a separator film 306 such as PP.
- the separator film 306 is first peeled off.
- FIG. 2B a semi-cured resin composition layer 305 containing a fluorescent material composed of a semi-cured europium complex in a solar battery cell 100 using a vacuum laminator, Attaching with the film 304 attached.
- the base film 304 is peeled off, a mold film 301 is placed on the semi-cured resin composition layer 305, and as shown in FIG. Using a vacuum laminator, fine irregularities are transferred to obtain the wavelength conversion film 300a (before curing).
- the wavelength conversion film 300a After obtaining the wavelength conversion film 300a before curing, the wavelength conversion film 300a containing a fluorescent substance made of a europium complex that is semi-cured with light or heat is further cured to obtain the wavelength conversion film 300b (after curing).
- the mold film 301 After curing, the mold film 301 may be left as it is, and may be sandwiched between the protective glass 201, the sealing material 202, and the back film 204 to form a module. Further, as shown in FIG. 2 (e), after the mold film 301 is peeled off from the state of (d), it is sandwiched between the protective glass 201, the sealing material 202 and the back film 204 as shown in FIG. Also good.
- the wavelength conversion film before lamination needs to have a thickness of at least 20 ⁇ m.
- the former is a pedestal portion, and the latter is a convex or concave polygonal pyramid or conical portion that is a feature of the present invention.
- a mold film (a mold film serving as a mold for forming convex or concave polygonal cones or cones of a wavelength conversion film) can be produced by the method described in JP-A-2002-225133.
- the resin composition used for mold film formation what contains the photocurable resin used with a wavelength conversion film is mentioned.
- the shape of the mold film is such that a large number of fine convex or concave polygonal cones or cones are spread on the light receiving surface without any gaps on the wavelength conversion film. Specific production examples of the mold film will be described later in Examples.
- the wavelength conversion film of the present invention refers to a film in a state before being made into a solar module, specifically, a semi-cured film when a curable resin is used.
- the refractive index of the wavelength conversion film of a semi-hardened state and the wavelength conversion film after hardening (after making into a solar module) does not change a lot.
- phosphor particles are synthesized. 200 mg of 4,4,4-trifluoro-1- (thienyl) -1,3-butanedione (TTA) was dissolved in 7 ml of ethanol, and 1.1 ml of 1M sodium hydroxide was added thereto and mixed. Added 1,10-phenanthroline of 62mg was dissolved in 7ml of ethanol to the previous mixture and stirred for 1 hour, added 3.5ml aqueous solution of EuCl 3 ⁇ 6H 2 O 103mg, obtain a precipitate. This is filtered off, washed with ethanol and dried. Recrystallization purification was performed with hexane-ethyl acetate to obtain fluorescent substance particles Eu (TTA) 3 Phen. The primary particle diameter of the phosphor particles was 10 to 50 nm.
- a sol-gel solution was prepared with the blending amounts shown in Table 1.
- the numbers described in Table 1 indicate molar ratios.
- Eu (TTA) 3 The amount of Phen in molar ratio is 1/160 mol with respect to TEOS.
- TEOS represents tetraethoxysilane
- DMF represents dimethylformamide
- NH 3 represents ammonia.
- the phosphor particles (Europium complex (Eu (TTA) 3 phen)) (primary particle size: 10 to 50 nm) obtained above were mixed in the solution prepared at the ratio described in Table 1, and stirred for 10 minutes. Went. Next, it was coated on a glass substrate by a cast method and subjected to a heat treatment at 120 ° C. for 1 hour to prepare coated phosphor particles A to H.
- the shape of the obtained coated phosphor particles (particles in which the periphery of Eu (TTA) 3 phen phosphor particles was covered with silica glass) was observed with an electron microscope, and the primary particle diameter was measured. The results are shown in Table 1.
- the phosphor particles (Europium complex (Eu (TTA) 3 phen)) (primary particle size: 10 to 50 nm) obtained above are mixed in the solution prepared at the ratio described in Table 2, and stirred for 10 minutes. Went. Next, it was coated on a glass substrate by a casting method and subjected to heat treatment at 120 ° C. for 1 hour to produce coated phosphor particles I to N.
- Example 1 ⁇ Production of solar cell module> The manufacturing method of the solar cell module is formed by several steps. Hereinafter, a method for producing a solar cell module including a method for forming (attaching) a wavelength conversion film will be described.
- the resin composition 1 is applied with an applicator having a gap of 7 mil, and hot air convection drying at 100 ° C. And then dried for 15 minutes to obtain a wavelength conversion film 1.
- a semi-cured wavelength conversion film was protected with a PP film as a separator film.
- the wavelength conversion film 1 was formed with a square pyramid having a base of 20 ⁇ m and a height of 10 ⁇ m without any gap, and the thickness of the pedestal portion was 42 ⁇ m.
- the refractive index of each layer is as follows. Protective glass (1.50), sealing material (1.49), mold film substrate part (PET) (1.49), mold film fine uneven part (1.49), wavelength conversion film 1 (1.61) ), SiNx: H layer (2.1), Si layer (3.4) among solar cells. Table 3 shows the refractive index and layer thickness of each layer.
- Example 2 ⁇ Production of solar cell module> A solar cell module provided with a wavelength conversion film not including a fine shape was produced.
- (1) Preparation of resin composition containing coated fluorescent substance particles for wavelength conversion film To 100 parts by mass of methyl methacrylate polymer (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 163 parts by mass of toluene was added and stirred for several days to form a solution. . To this resin solution, 0.3 parts by mass of the coated fluorescent substance particles A synthesized as described above was further added to obtain a resin composition 2.
- a solar cell module having no wavelength conversion film was produced by the following method.
- the refractive index of each layer is as follows.
- the wavelength conversion film of the present invention can reduce sunlight loss due to spectrum mismatch and have a higher visible light transmittance, thereby increasing light utilization efficiency and power generation efficiency.
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Abstract
複数の光透過性層と太陽電池セルとを有する太陽電池モジュールの光透過性層の一つとして用いられる蛍光物質を含む波長変換フィルムにおいて、前記蛍光物質は、蛍光物質粒子と、該蛍光物質粒子の周囲を覆った被覆層と、を有する被覆蛍光物質粒子であることを特徴とする波長変換フィルムとする。それにより、光利用効率を高め、発電効率を向上させることのできる波長変換フィルム、これを用いた太陽電池モジュール、及びこれらの製造方法を提供する。
Description
本発明は、太陽電池用の波長変換フィルム及びこれを用いた太陽電池モジュール、並びにこれらの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、発電に寄与しない波長域の光を、発電に寄与する波長域の光に波長変換することにより発電効率を高くしうる太陽電池モジュール、それに用いる波長変換フィルム、及びこれらの製造方法に関するものである。
従来のシリコン結晶系の太陽電池モジュールの概略図(断面図)を図3に示す。表面の保護ガラス(カバーガラスともいう)201は、耐衝撃性を重んじて強化ガラスが用いられており、封止材202(通常、エチレンビニルアセテートコポリマーを主成分とする樹脂、充填材ともいう)との密着性をよくするために、片面はエンボス加工による凹凸模様が施されている。
また、その凹凸模様は内側(すなわち、図3では保護ガラス201の下面)に形成されており、太陽電池モジュールの表面は平滑である。また保護ガラス201の下側には太陽電池セル100及びタブ線203を保護封止するための封止材202及びバックフィルム204が設けられている(例えば、非特許文献1参照)。
しかし、上記した従来の太陽電池モジュールでは、太陽電池セル100と封止材202の屈折率差が大きいため、セル-封止材界面で光反射が起きて光を効率よく利用できない難点がある。
なお、斜めを含むあらゆる角度からの外部光を、反射損失を少なくして効率よく取り入れる手法の一つに、moth-eye(昆虫の目)構造があることは古くから知られている。これは微細な円錐や三角錐、四角錐等の透明形状物を、フィルムの表面に百nmスケールで規則的に配列する構造を形成することで、反射損失を少なくし効率よく外部光を取り入れる技術である(例えば、非特許文献2参照)。
これを改良して太陽電池モジュールに応用したものが特許文献1に示されている。
これを改良して太陽電池モジュールに応用したものが特許文献1に示されている。
一方、蛍光物質(発光材料ともいう)を用い、太陽光スペクトルのうち、発電に寄与しない紫外域又は赤外域の光を波長変換することにより、発電に寄与しうる波長域の光を発光する層を太陽電池受光面側に設ける手法は、多数提案されている(例えば、特許文献2~14参照)。
濱川圭弘編「太陽光発電」―最新の技術とシステム―、2000年、株式会社シーエムシー
豊田宏;"無反射周期構造"、光学、32巻8号489ページ(2003年)
特許文献2~14にある、発電に寄与しない光を発電に寄与しうる波長域の光に波長変換する提案で、波長変換フィルムには蛍光物質が含有されているが、この蛍光物質は一般的に形状が大きく、入射した太陽光が波長変換フィルムを通過する際に、散乱して太陽電池セルに十分届かず、発電に寄与しない割合が増加する。その結果、波長変換フィルムで紫外域の光を可視域の光に変換しても、入射した太陽光に対する発電される電力の割合(発電効率)があまり高くならないという課題がある。
また、蛍光物質は耐湿性及び耐熱性等がなく、劣化しやすい問題がある。さらに、分散媒樹脂中の蛍光物質の濃度を上げていくとある濃度以上だと濃度消光が起こるため、一定濃度以上では使用できないという問題がある。
本発明は、上記のような問題を軽減しようとするもので、耐湿性、耐熱性に優れ、分散性が良く、濃度消光を抑制した蛍光物質を用いることにより、太陽電池モジュールにおける光利用効率を向上させ、発電効率を安定的に向上させることを目的とする。たとえば、シリコン結晶系太陽電池では、太陽光のうち、400nmよりも短波長、1200nmよりも長波長の光が有効に利用されず、太陽光エネルギーのうち約56%が、このスペクトルミスマッチにより太陽光発電に寄与しない。本発明は、耐湿性、耐熱性に優れ、分散性が良く、濃度消光の起こらない蛍光物質を用い、波長変換し、効率よく且つ安定的に太陽光を利用することにより、スペクトルミスマッチを克服しようというものである。
即ち、本発明の波長変換フィルムは、耐湿性及び耐熱性に優れ、分散性が良く且つ濃度消光の起こらない蛍光物質を含有することを目的とする。また、本発明の波長変換フィルムは、入射した太陽光のうち太陽光発電に寄与しない光を発電に寄与する波長へ変換するのと同時に、その光を散乱なしに、太陽電池セルへ効率よく導入することを目的とする。
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、蛍光物質粒子と、該蛍光物質粒子の周囲を覆った被覆層と、を有する被覆蛍光物質粒子を波長変換フィルムに用いることにより、入射した太陽光のうち太陽光発電に寄与しない光を発電に寄与する波長へ変換するのと同時に、耐湿性及び耐熱性に優れ、分散性が良く且つ濃度消光の起こらない波長変換フィルムを提供できることを見出した。
また、波長変換フィルムの分散媒樹脂と、被覆蛍光物質粒子の被覆層との屈折率をある一定の範囲とすることにより、入射した太陽光を蛍光物質が散乱させることなく、太陽電池セルへ効率よく導入できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
すなわち、本発明は以下の通りである。
(1)複数の光透過性層と太陽電池セルとを有する太陽電池モジュールの光透過性層の一つとして用いられる、蛍光物質及び分散媒樹脂を含む波長変換フィルムにおいて、
前記蛍光物質は、蛍光物質粒子と、該蛍光物質粒子の周囲を覆った被覆層と、を有する被覆蛍光物質粒子である波長変換フィルム。
前記蛍光物質は、蛍光物質粒子と、該蛍光物質粒子の周囲を覆った被覆層と、を有する被覆蛍光物質粒子である波長変換フィルム。
(2)前記波長変換フィルムが、前記太陽電池セルの受光面上に配置され、前記被覆層の屈折率が1.5~2.1であり、前記分散媒樹脂の屈折率が1.5~2.1であり、且つ前記複数の光透過性層を、光入射側から層1、層2、・・・、層mとし、またこれらの屈折率をn1、n2、・・・、nmとしたとき、n1≦n2≦・・・・≦nmが成り立つことを特徴とする上記(1)に記載の波長変換フィルム。
(3)前記被覆層が、ゾルゲル法で形成したシリカガラスであることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の波長変換フィルム。
(4)前記蛍光物質が、ユーロピウム錯体であることを特徴とする上記(1)~(3)のいずれか一つに記載の波長変換フィルム。
(5)上記(1)~(4)のいずれか一つに記載の波長変換フィルムを有する太陽電池モジュール。
(3)前記被覆層が、ゾルゲル法で形成したシリカガラスであることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の波長変換フィルム。
(4)前記蛍光物質が、ユーロピウム錯体であることを特徴とする上記(1)~(3)のいずれか一つに記載の波長変換フィルム。
(5)上記(1)~(4)のいずれか一つに記載の波長変換フィルムを有する太陽電池モジュール。
(6)蛍光物質粒子を、シリコンアルコキシドを用いたゾルゲル反応によりシリカガラスで被覆し、被覆層を有する被覆蛍光物質粒子を得る蛍光物質粒子被覆工程と、
前記被覆蛍光物質粒子を分散媒樹脂に分散させて樹脂組成物を作製し、該樹脂組成物を用い、波長変換フィルムを形成するフィルム形成工程と、を有する、上記(1)~(4)のいずれか一つに記載の波長変換フィルムの製造方法。
前記被覆蛍光物質粒子を分散媒樹脂に分散させて樹脂組成物を作製し、該樹脂組成物を用い、波長変換フィルムを形成するフィルム形成工程と、を有する、上記(1)~(4)のいずれか一つに記載の波長変換フィルムの製造方法。
(7)複数の光透過性層と太陽電池セルとを有する太陽電池モジュールの製造方法において、上記(1)~(4)のいずれか一つに記載の波長変換フィルムを積層して、前記光透過性層の一つを構成する工程を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
本発明によれば、太陽電池モジュールに適用したときに、入射した太陽光のうち太陽光発電に寄与しない光を発電に寄与する波長へ変換するための蛍光物質が、耐湿性及び耐熱性に優れ、分散性が良く且つ濃度消光が起こらないため、効率よく且つ安定的に太陽光を利用できる波長変換フィルムを提供できる。また、太陽光を散乱なしに、太陽電池セルへ効率よく導入できる波長変換フィルムを提供できる。
本願の開示は、2008年6月30日に出願された特願2008-170216号及び2009年3月27日に出願された特願2009-78199号に記載の主題と関連しており、それらの開示内容は引用によりここに援用される。
<波長変換フィルム及びその製造方法>
本発明の波長変換フィルムは、複数の光透過性層と太陽電池セルとを有する太陽電池モジュールの光透過性層の一つとして用いられ、蛍光物質及び分散媒樹脂を含み、前記蛍光物質は、蛍光物質粒子と、該蛍光物質粒子の周囲を覆った被覆層と、を有する被覆蛍光物質粒子であることを特徴とする。これにより、蛍光物質粒子の耐湿性及び耐熱性が向上し、分散性が良く且つ濃度消光を抑制することができる。
本発明の波長変換フィルムは、複数の光透過性層と太陽電池セルとを有する太陽電池モジュールの光透過性層の一つとして用いられ、蛍光物質及び分散媒樹脂を含み、前記蛍光物質は、蛍光物質粒子と、該蛍光物質粒子の周囲を覆った被覆層と、を有する被覆蛍光物質粒子であることを特徴とする。これにより、蛍光物質粒子の耐湿性及び耐熱性が向上し、分散性が良く且つ濃度消光を抑制することができる。
被覆蛍光物質粒子の被覆層と波長変換フィルムの分散媒樹脂との屈折率は、それぞれ1.5~2.1であることが好ましく、且つ前記複数の光透過性層を、光入射側から層1、層2、・・・、層mとし、またこれらの屈折率をn1、n2、・・・、nmとしたとき、n1≦n2≦・・・・≦nmが成り立つことが好ましい。また、前記被覆層と分散媒樹脂との屈折率の差を小さくすると、太陽光の散乱損失は小さくできることからより好ましい。屈折率がこれを満たさないと、その層界面での反射が大きくなり、光損失も大きくなる傾向がある。
即ち、本発明の波長変換フィルムにおいて、あらゆる角度から入り込む外部光が反射損失少なく、効率よく太陽電池セル内に導入するために、波長変換フィルムの屈折率が、該波長変換フィルムより光入射側に配置される光透過性層、すなわち、反射防止膜、保護ガラス、封止材、型フィルム等の屈折率より高く、且つ該波長変換フィルムの反光入射側に配置される光透過性層、すなわち、太陽電池セルのSiNx:H層(「セル反射防止膜」ともいう)及びSi層等の屈折率よりも低くすることが好ましい。
具体的には、波長変換フィルムより光入射側に配置される光透過性層、すなわち、反射防止膜の屈折率は、1.25~1.45、保護ガラス、封止材、型フィルム等の屈折率は、通常1.45~1.55程度のものが用いられる。該波長変換フィルムの反光入射側に配置される光透過性層、すなわち、太陽電池セルのSiNx:H層(セル反射防止膜)の屈折率は、通常1.9~2.1程度及びSi層等の屈折率は、通常3.3~3.4程度のものが用いられる。以上のことより、本発明の波長変換フィルムの屈折率を1.5~2.1とし、好ましくは1.5~2.1とする。
なお、光透過性層のその他の層の好ましい屈折率は、以下に示す通りである。例えば、光透過性層の光入射側から3層をa層、b層、c層としたとき、それぞれの層の屈折率na、nb、ncが、下記式を満たすか、近似していることが好ましい。
nb=√na・nc
nb=√na・nc
本発明は、次式(1)で表わされる、前記波長変換フィルムの規格化吸光係数aの値が、入射光の波長が400~1200nmで、0.1以下であることが好ましい。aが上記範囲であると、保護ガラス、封止材と同程度の光透過性が得られ、波長変換フィルムによる光吸収損失は考慮に入れる必要がなくなる。
なお、Tの光透過率とは、波長変換フィルムの凹凸のない状態の材料自体の光透過率のことである。また、Lのフィルム平均厚みとは、波長変換フィルム材料の平均厚みのことである。
なお、一般的に蛍光物質粒子の屈折率は1.5よりも高い。波長変換フィルムの分散媒樹脂としては、実用上1.5~2.1のものが使用されるため、蛍光物質粒子と分散媒樹脂との屈折率の差を小さくするために、分散媒樹脂の屈折率と同程度(屈折率1.5~2.1)の被覆層材料を用いて、被覆蛍光物質粒子と分散媒樹脂の屈折率の差を小さくすることが、レイリー散乱による太陽光の散乱損失を低減させる点から好ましい。
光の散乱は、フィルム中の被覆蛍光物質粒子、つまり被覆層と分散媒樹脂との屈折率の差、及び被覆蛍光物質粒子の粒子径の大きさとそれぞれ相関する。具体的には、光の散乱は、被覆層の屈折率と分散媒樹脂との屈折率との差が小さければ、被覆蛍光物質粒子の粒子径の影響をさほど受けず、光の散乱も小さいものとなる。しかし、被覆層の屈折率と分散媒樹脂との屈折率との差が大きくなると、光の散乱は、被覆蛍光物質粒子の粒子径の大きさに影響を受けることとなるため、なるべく小さい粒子径であることが好ましい。
ここで、被覆蛍光物質粒子のレイリー散乱(光の波長よりも小さいサイズの粒子による光の散乱)における、被覆蛍光物質粒子の粒子径と、被覆層の屈折率との関係を下記式に示す。
上記式からわかるように、被覆蛍光物質粒子の屈折率(すなわち、被覆層材料の屈折率)と分散媒樹脂の屈折率を同程度とすることにより、散乱を小さくできる。
また、被覆蛍光物質粒子の粒子径を小さくすることで散乱による太陽光の損失はより小さくできることも上記式よりわかる。具体的には、前記被覆蛍光物質粒子の一次粒子径が100nm以下であることが好ましい。
また、本発明の波長変換フィルムに用いる被覆層材料で被覆された被覆蛍光物質粒子の粒子(一次粒子径)の大きさは、レイリー散乱による散乱損失を十分に小さくするために光の波長の1/3よりも小さいことが望ましい。つまり、紫外域の光はおよそ400nmであるので、被覆蛍光物質粒子の一次粒子径の大きさとしては100nm以下であることが要求される。
本発明は、波長変換フィルムに用いる被覆層材料として、シリコンアルコキシドを用いたゾルゲル法で蛍光物質表面に成膜したシリカガラスであることが望ましい。ゾルゲル法を用いることで、低温且つ簡単なプロセスで被覆蛍光物質粒子の形成が可能であるので、低コストで波長変換フィルムを製造することが可能になる。
なお、ここで「シリカガラス」とは、酸化チタン、酸化ニオブ、アルミナ、窒化シリコン、酸窒化シリコン等を適宜含んでいてもよい。
なお、ここで「シリカガラス」とは、酸化チタン、酸化ニオブ、アルミナ、窒化シリコン、酸窒化シリコン等を適宜含んでいてもよい。
蛍光物質は一般的に酸素や水分によって劣化してしまい、波長変換効率が時間と共に劣化してしまうという問題がある。そのため、被覆層材料としてシリカガラスで蛍光物質粒子の周囲を覆うことで、シリカガラスが酸素や水分を遮断して、蛍光物質の波長変換効率が劣化するのを防ぐという効果が得られる。
蛍光物質粒子をゾルゲル法によりシリカガラスで被覆する方法は、公知の方法で行えばよく特に制限はないが、蛍光物質粒子を、溶媒中、シリコンアルコキシドと処理して、加熱処理することにより行うことができる。
シリカガラスの屈折率は、1.45程度であるが、酸化チタン、酸化ニオブ、アルミナ、窒化シリコン、酸窒化シリコン等を適宜含ませ、分散媒樹脂との屈折率を同程度とするよう調整することも好ましい。
また、シリカガラスに異種金属を配合することも好ましい。具体的には、分散媒樹脂として好ましく用いられる材料の屈折率に対して、被覆層材料の屈折率を同程度となるように調整する。
シリカガラスに配合する異種金属としては、Ti、Ta、Ge、Zn、Zr、Al、Sb、Be、Cd、Cr、Sn、Cu、Ga、Mn、Fe、Mo、V、W及びCe等が挙げられる。
シリカガラスに配合する異種金属としては、Ti、Ta、Ge、Zn、Zr、Al、Sb、Be、Cd、Cr、Sn、Cu、Ga、Mn、Fe、Mo、V、W及びCe等が挙げられる。
異種金属を配合したシリカガラスは、目的の屈折率に調整すべく量を調整し、上記異種金属の金属アルコキシドをシリコンアルコキシドに混合し、ゾルゲル反応をこの混合物に対して起こさせることで得られる。
異種金属の金属アルコキシドとしては、M(OR)nが挙げられる。Mは、金属、nはその価数、Rは炭素数1~10の有機基で、Rは全て同一でも全て異なっていてもよい。
異種金属の金属アルコキシドとしては、M(OR)nが挙げられる。Mは、金属、nはその価数、Rは炭素数1~10の有機基で、Rは全て同一でも全て異なっていてもよい。
蛍光物質粒子をゾルゲル法によりシリカガラスで被覆する方法は、特に制限はないが、蛍光物質粒子を適当な溶媒に溶解し、別途、シリコンアルコキシド、アルコール溶媒、水を用いて、攪拌してゾルゲル用溶液を作製する。ここで、先に調整した蛍光物質溶液を加え、十分に攪拌し、触媒を添加する。溶液中に白い析出物が見られるまで攪拌し、ガラス、テフロン(登録商標)等のバット上に移し、80~120℃程度、2時間以上加熱処理して乾燥することにより、行うことができる。
ゾルゲル法に用いられる溶媒としては、水と有機溶媒の混合溶液が用いられる。有機溶媒としては、ジメチルホルムアミド(DMF)、テトラヒドロフラン(THF)、メタノール及びエタノール等のアルコール類、クロロホルム、トルエン等が挙げられる。
なお、蛍光物質粒子の周囲に被覆層が形成されたことの確認は、間接的だが、例えば、85℃、85%RHの条件で高温高湿耐性を測定し、被覆層形成前の蛍光物質粒子の高温高湿耐性の向上の有無によって判断する。
ゾルゲル法に用いられるシリコンアルコキシドとしては、例えば、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、ジオルガノジアルコキシシラン等が挙げられる。
テトラアルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ-n-プロポキシシラン、テトラ-iso-プロポキシシラン、テトラ-n-ブトキシシラン、テトラ-sec-ブトキシシラン、テトラ-tert-ブトキシシラン、テトラフェノキシシラン等が挙げられる。
トリアルコキシシランとしては、例えば、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、フルオロトリメトキシシラン、フルオロトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ-n-プロポキシシラン、メチルトリ-iso-プロポキシシラン、メチルトリ-n-ブトキシシラン、メチルトリ-iso-ブトキシシラン、メチルトリ-tert-ブトキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリ-n-プロポキシシラン、エチルトリ-iso-プロポキシシラン、エチルトリ-n-ブトキシシラン、エチルトリ-iso-ブトキシシラン、エチルトリ-tert-ブトキシシラン、エチルトリフェノキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、n-プロピルトリ-n-プロポキシシラン、n-プロピルトリ-iso-プロポキシシラン、n-プロピルトリ-n-ブトキシシラン、n-プロピルトリ-iso-ブトキシシラン、n-プロピルトリ-tert-ブトキシシラン、n-プロピルトリフェノキシシラン、iso-プロピルトリメトキシシラン、iso-プロピルトリエトキシシラン、iso-プロピルトリ-n-プロポキシシラン、iso-プロピルトリ-iso-プロポキシシラン、iso-プロピルトリ-n-ブトキシシラン、iso-プロピルトリ-iso-ブトキシシラン、iso-プロピルトリ-tert-ブトキシシラン、iso-プロピルトリフェノキシシラン、n-ブチルトリメトキシシラン、n-ブチルトリエトキシシラン、n-ブチルトリ-n-プロポキシシラン、n-ブチルトリ-iso-プロポキシシラン、n-ブチルトリ-n-ブトキシシラン、n-ブチルトリ-iso-ブトキシシラン、n-ブチルトリ-tert-ブトキシシラン、n-ブチルトリフェノキシシラン、sec-ブチルトリメトキシシラン、sec-ブチルトリエトキシシラン、sec-ブチルトリ-n-プロポキシシラン、sec-ブチルトリ-iso-プロポキシシラン、sec-ブチルトリ-n-ブトキシシラン、sec-ブチルトリ-iso-ブトキシシラン、sec-ブチルトリ-tert-ブトキシシラン、sec-ブチルトリフェノキシシラン、t-ブチルトリメトキシシラン、t-ブチルトリエトキシシラン、t-ブチルトリ-n-プロポキシシラン、t-ブチルトリ-iso-プロポキシシラン、t-ブチルトリ-n-ブトキシシラン、t-ブチルトリ-iso-ブトキシシラン、t-ブチルトリ-tert-ブトキシシラン、t-ブチルトリフェノキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリ-n-プロポキシシラン、フェニルトリ-iso-プロポキシシラン、フェニルトリ-n-ブトキシシラン、フェニルトリ-iso-ブトキシシラン、フェニルトリ-tert-ブトキシシラン、フェニルトリフェノキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、ペンタフルオロエチルトリメトキシシラン、3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3-トリフルオロプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
ジオルガノジアルコキシシランとしては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジ-n-プロポキシシラン、ジメチルジ-iso-プロポキシシラン、ジメチルジ-n-ブトキシシラン、ジメチルジ-sec-ブトキシシラン、ジメチルジ-tert-ブトキシシラン、ジメチルジフェノキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジ-n-プロポキシシラン、ジエチルジ-iso-プロポキシシラン、ジエチルジ-n-ブトキシシラン、ジエチルジ-sec-ブトキシシラン、ジエチルジ-tert-ブトキシシラン、ジエチルジフェノキシシラン、ジ-n-プロピルジメトキシシラン、ジ-n-プロピルジエトキシシラン、ジ-n-プロピルジ-n-プロポキシシラン、ジ-n-プロピルジ-iso-プロポキシシラン、ジ-n-プロピルジ-n-ブトキシシラン、ジ-n-プロピルジ-sec-ブトキシシラン、ジ-n-プロピルジ-tert-ブトキシシラン、ジ-n-プロピルジフェノキシシラン、ジ-iso-プロピルジメトキシシラン、ジ-iso-プロピルジエトキシシラン、ジ-iso-プロピルジ-n-プロポキシシラン、ジ-iso-プロピルジ-iso-プロポキシシラン、ジ-iso-プロピルジ-n-ブトキシシラン、ジ-iso-プロピルジ-sec-ブトキシシラン、ジ-iso-プロピルジ-tert-ブトキシシラン、ジ-iso-プロピルジフェノキシシラン、ジ-n-ブチルジメトキシシラン、ジ-n-ブチルジエトキシシラン、ジ-n-ブチルジ-n-プロポキシシラン、ジ-n-ブチルジ-iso-プロポキシシラン、ジ-n-ブチルジ-n-ブトキシシラン、ジ-n-ブチルジ-sec-ブトキシシラン、ジ-n-ブチルジ-tert-ブトキシシラン、ジ-n-ブチルジフェノキシシラン、ジ-sec-ブチルジメトキシシラン、ジ-sec-ブチルジエトキシシラン、ジ-sec-ブチルジ-n-プロポキシシラン、ジ-sec-ブチルジ-iso-プロポキシシラン、ジ-sec-ブチルジ-n-ブトキシシラン、ジ-sec-ブチルジ-sec-ブトキシシラン、ジ-sec-ブチルジ-tert-ブトキシシラン、ジ-sec-ブチルジフェノキシシラン、ジ-tert-ブチルジメトキシシラン、ジ-tert-ブチルジエトキシシラン、ジ-tert-ブチルジ-n-プロポキシシラン、ジ-tert-ブチルジ-iso-プロポキシシラン、ジ-tert-ブチルジ-n-ブトキシシラン、ジ-tert-ブチルジ-sec-ブトキシシラン、ジ-tert-ブチルジ-tert-ブトキシシラン、ジ-tert-ブチルジフェノキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジ-n-プロポキシシラン、ジフェニルジ-iso-プロポキシシラン、ジフェニルジ-n-ブトキシシラン、ジフェニルジ-sec-ブトキシシラン、ジフェニルジ-tert-ブトキシシラン、ジフェニルジフェノキシシラン、ビス(3,3,3-トリフルオロプロピル)ジメトキシシラン、メチル(3,3,3-トリフルオロプロピル)ジメトキシシラン等が挙げられる。
上記以外の化合物としては、例えば、ビス(トリメトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、ビス(トリ-n-プロポキシシリル)メタン、ビス(トリ-iso-プロポキシシリル)メタン、ビス(トリメトキシシリル)エタン、ビス(トリエトキシシリル)エタン、ビス(トリ-n-プロポキシシリル)エタン、ビス(トリ-iso-プロポキシシリル)エタン、ビス(トリメトキシシリル)プロパン、ビス(トリエトキシシリル)プロパン、ビス(トリ-n-プロポキシシリル)プロパン、ビス(トリ-iso-プロポキシシリル)プロパン、ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、ビス(トリ-n-プロポキシシリル)ベンゼン、ビス(トリ-iso-プロポキシシリル)ベンゼン等のビスシリルアルカン、ビスシリルベンゼン等が挙げられる。
また、例えば、ヘキサメトキシジシラン、ヘキサエトキシジシラン、ヘキサ-n-プロポキシジシラン、ヘキサ-iso-プロポキシジシラン等のヘキサアルコキシジシラン類、1,2-ジメチルテトラメトキシジシラン、1,2-ジメチルテトラエトキシジシラン、1,2-ジメチルテトラプロポキシジシラン等のジアルキルテトラアルコキシジシラン類等が挙げられる。
加水分解性基が、ハロゲン原子(ハロゲン基)である化合物(ハロゲン化シラン)も使用でき、具体的には、例えば、上述した各アルコキシシラン分子中のアルコキシ基がハロゲン原子で置換されたハロゲン化シラン等が挙げられる。
さらに、加水分解性基が、アセトキシ基である化合物(アセトキシシラン)も使用でき、具体的には、例えば、上述した各アルコキシシラン分子中のアルコキシ基がアセトキシ基で置換されたアセトキシシラン等が挙げられる。またさらに、加水分解性基Xが、イソシアネート基である化合物(イソシアネートシラン)も使用でき、具体的には、例えば、上述した各アルコキシシラン分子中のアルコキシ基がイソシアネート基で置換されたイソシアネートシラン等が挙げられる。
さらにまた、加水分解性基が、ヒドロキシル基である化合物(ヒドロキシシラン)も使用でき、具体的には、例えば、上述した各アルコキシシラン分子中のアルコキシ基がヒドロキシル基で置換されたヒドロキシシラン等が挙げられる。
これらシリコンアルコキシドは、1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。
これらシリコンアルコキシドは、1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。
また、シリコンアルコキシドの多量体等の部分縮合物を加水分解縮合して得られる樹脂、シリコンアルコキシドの多量体等の部分縮合物とシリコンアルコキシドとを加水分解縮合して得られる樹脂、シリコンアルコキシドとその他の化合物とを加水分解縮合して得られる樹脂、シリコンアルコキシドの多量体等の部分縮合物とその他の化合物(シリコンアルコキシドと部分縮合を起こしうる化合物、具体的には、OH基をもった化合物)とを加水分解縮合して得られる樹脂、等を使用することもできる。
シリコンアルコキシドの多量体等の部分縮合物としては、例えば、ヘキサメトキシジシロキサン、ヘキサエトキシジシロキサン、ヘキサ-n-プロポキシジシロキサン、ヘキサ-iso-プロポキシジシロキサン等のヘキサアルコキシジシロキサン、部分縮合が進んだトリシロキサン、テトラシロキサン、オリゴシロキサン等が挙げられる。
なお、蛍光物質としてはユーロピウム錯体が好ましい。具体的には、中心元素のユーロピウム(Eu)の他、配位子となる分子が必要であるが、本発明では、配位子を制限するものではなく、ユーロピウムと錯体を形成する分子であれば何でもよい。このようなユーロピウム錯体からなる蛍光物質の一例としては、N.Kamata, D.Terunuma, R.Ishii, H.Satoh, S.Aihara, Y.Yaoita, S.Tonsyo, J. Organometallic Chem.,685,235,2003.に挙げられているEu(TTA)3phen等が利用できる。Eu(TTA)3Phenの製造法は、例えば、Masaya Mitsuishi, Shinji Kikuchi, Tokuji Miyashita, Yutaka Amano, J.Mater.Chem.2003, 13, 285-2879に開示されている方法を参照できる。
ユーロピウム錯体を用いることで、高い発電効率を有する太陽電池モジュールを実現できる。ユーロピウム錯体は、紫外線域の光を高い波長変換効率で赤色の波長域の光に変換し、この変換された光が太陽電池セルで発電に寄与する。
被覆蛍光物質粒子の一次粒子径の測定方法は、例えば、電子顕微鏡等を用いて行える。
ゾルゲル法で得られる被覆蛍光物質粒子の一次粒子径を100nmとするには、ゾルゲル法における反応時間、温度、配合割合、溶媒の種類、触媒等を適宜調整すればよい。
被覆蛍光物質粒子の一次粒子径の測定方法は、例えば、電子顕微鏡等を用いて行える。
ゾルゲル法で得られる被覆蛍光物質粒子の一次粒子径を100nmとするには、ゾルゲル法における反応時間、温度、配合割合、溶媒の種類、触媒等を適宜調整すればよい。
本発明の波長変換フィルムは、後述するように、上記被覆蛍光物質粒子と分散媒樹脂とを混合して樹脂組成物を作製し、フィルム状にすることにより作製される。本発明の波長変換フィルムは、微細な凹又は凸形状の多角錐若しくは円錐等を有する形状も好ましい。
微細な凹又は凸形状の多角錐若しくは円錐等を有さなくともよく、この場合は製造工程が簡易となる。
微細な凹又は凸形状の多角錐若しくは円錐等を有さなくともよく、この場合は製造工程が簡易となる。
上述のように、波長変換フィルムより光入射側に配置される光透過性層、すなわち、反射防止膜の屈折率は、1.25~1.45、保護ガラス、封止材、型フィルム等の屈折率は、通常1.45~1.55程度のものが用いられる。該波長変換フィルムの反光入射側に配置される光透過性層、すなわち、太陽電池セルのSiNx:H層(セル反射防止膜)の屈折率は、通常1.9~2.1程度及びSi層等の屈折率は、通常3.3~3.4程度のものが用いられる。以上のことより、本発明の波長変換フィルムの屈折率を1.5~2.1とし、好ましくは1.5~2.1とする。
波長変換フィルムの屈折率を1.5~2.1とするには、分散媒樹脂及び被覆蛍光物質粒子の屈折率をこの範囲とすればよい。
波長変換フィルムの屈折率を1.5~2.1とするには、分散媒樹脂及び被覆蛍光物質粒子の屈折率をこの範囲とすればよい。
フィルムの分散媒樹脂に導入される被覆蛍光物質粒子は、そこでの光散乱が少ないことが望まれる。そのためには、波長変換フィルムの分散媒樹脂として好ましく用いられる材料(屈折率1.5~2.1)に、被覆層材料の屈折率を合わせるよう調整することが好ましい。
本発明において、分散媒樹脂として用いられる屈折率1.5~2.1のものは、下記に挙げられる。
ポリ(2,6-ジクロロスチレン)(1.625)、ポリ(2,6-ジフェニル-1,4-フェニレンオキシド)(1.64)、ポリ(2-クロロスチレン)(1.610)、ポリ(2-ビニルナフタレン)(1.682)、ポリ(2-ビニルチオフェン)(1.638)、ポリ(α-メチルスチレン)(1.61)、ポリ(α-ナフチルカルバニルメタクリレート)(1.63)、ポリ(α-ナフチルメタクリレート)(1.641)、ポリ(クロロ-p-キシレン)(1.629)、ポリ(スチレンスルフィド)(1.657)、ポリ(スルフォン)[ポリ[4,4’-イソプロピリデンジフェノキシジ(4-フェニレン)スルフィド]](1.633)。
ポリ(2,6-ジクロロスチレン)(1.625)、ポリ(2,6-ジフェニル-1,4-フェニレンオキシド)(1.64)、ポリ(2-クロロスチレン)(1.610)、ポリ(2-ビニルナフタレン)(1.682)、ポリ(2-ビニルチオフェン)(1.638)、ポリ(α-メチルスチレン)(1.61)、ポリ(α-ナフチルカルバニルメタクリレート)(1.63)、ポリ(α-ナフチルメタクリレート)(1.641)、ポリ(クロロ-p-キシレン)(1.629)、ポリ(スチレンスルフィド)(1.657)、ポリ(スルフォン)[ポリ[4,4’-イソプロピリデンジフェノキシジ(4-フェニレン)スルフィド]](1.633)。
その他、有機無機ハイブリッド樹脂が挙げられ、具体的には、酸化チタン系ハイブリッド樹脂のものが使用可能である。酸化チタンハイブリッド系樹脂は他の樹脂、例えば、特開2008-297537号公報、特開2008-255124号公報に記載の樹脂組成物を用いることができる。
本発明において、太陽電池モジュールは、反射防止膜、保護ガラス、封止材、波長変換フィルム、該波長変換フィルムの凹又は凸部形成の鋳型となる型フィルム、太陽電池セル、バックフィルム、セル電極、タブ線等の中の必要部材から構成される。これらの部材の中で、光透過性を有する光透過性層としては、反射防止膜、保護ガラス、封止材、本発明の波長変換フィルム、型フィルム、太陽電池のSiNx:H層(セル反射防止膜)及びSi層等が挙げられる。
本発明において、上記で挙げられる光透過性層の積層順は、通常、太陽電池モジュールの受光面から順に、必要により形成される反射防止膜、保護ガラス、封止材、必要により形成される型フィルム、本発明の波長変換フィルム、太陽電池セルのSiNx:H層(セル反射防止膜)、Si層となる。
なお、本発明の波長変換フィルムは、太陽電池セルの受光面上に配置されることが好ましい。そうすることで、太陽電池セル受光表面の、セル電極等を含めた凹凸形状に隙間なく追従できる。
本発明の波長変換フィルムは、複数の光透過性層と太陽電池セルとを有する太陽電池モジュールの、光透過性層の一つとして用いられるものであり、より詳しくは、片面は太陽電池セルの表面(受光面)の凹凸形状に隙間なく追従し、他面は微細な凸又は凹形状を隙間なく多数敷き詰めるように形成され、前記微細凹部又は凸部の各々の形状は、略同一形状の円錐状若しくは多角錐状であり、その屈折率は1.5~2.1で、且つ前記被覆蛍光物質粒子を含有し、複数の光透過性層を光入射側から層1、層2、・・・層mとし、またこれらの屈折率をn1、n2、・・・nmとしたとき、n1≦n2≦・・・・≦nmが成り立つことを特徴とする波長変換フィルムである。
また、本発明は、太陽電池モジュールに用いる型フィルム付波長変換フィルム、すなわち、上記波長変換フィルムと、その波長変換フィルムの微細凹又は凸部側に、その微細凹若しくは凸部に相補(隙間無く、完全に噛み合う)して接着する微細凸又は凹部が隙間なく多数形成され、且つその屈折率が波長変換フィルムにおける屈折率よりも小さい型フィルム(フィルムの凹又は凸部形成の鋳型となる型フィルム)と、が重層されてなる、外観は平滑な型フィルム付きフィルムも提供する。なお、型フィルムは、本発明の波長変換フィルムの微細な凸又は凹形状の多角錐若しくは円錐が受光面に隙間なく多数敷き詰めるように形成するための鋳型として用いられるものである。
本発明の波長変換フィルムは、前記複数の光透過性層を、光入射側から層1、層2、・・・、層mとし、またこれらの屈折率をn1、n2、・・・、nmとしたとき、n1≦n2≦・・・・≦nmが成り立つことが好ましい。屈折率がこれを満たさないと、その層界面での反射が大きくなり、光損失も大きくなる傾向がある。
あらゆる角度からの入射光を効率よく太陽電池セル内に導入するために、波長変換フィルムの微細な凸又は凹形状の多角錐若しくは円錐面は、頂角が狭いほうが有利であるが、波長変換フィルムと太陽電池セルとの界面で反射損失がある場合、頂角が狭すぎると反射光は再度外部へ漏れてしまう。
反射光及び波長変換された光を、波長変換フィルムによって再度反射させ、うまく太陽電池セルに導入するために、頂角は75~150度が好ましく、最も好ましいものとして理想的には頂角が90度がよい。頂角が90度であると、性能、加工精度の点で最も良好な角度といえる。
文献、例えば、豊田宏;”無反射周期構造”、光学、32巻8号489ページ(2003年)によれば、底辺の大きさは、使用する最短波長をその材料の屈折率で除した値となっており、例として屈折率を2.0とした場合、太陽電池モジュールでは175nm程度となる。しかし、このような微細構造を得るためには、加工方法も制限される。従って、本発明ではこのような超微細構造は必要としない。そのため、加工の容易性を考慮し、好ましくは1~1000μmであり、更に好ましくは10~100μmである。
本発明の波長変換フィルムの厚みについては、該波長変換フィルムを台座部分と微細な凸又は凹形状の多角錐若しくは円錐部分に分けて考える。太陽電池セルの凹凸形状に追従して埋め込む必要があるため、台座部分の厚みは太陽電池セルの凹凸以上なければいけない。なお、この太陽電池セルの凹凸は、太陽電池セルのセル電極、タブ線等も含まれる。
通常、太陽電池セル表面には、テクスチャー構造を施してあり、これの深さが0~20μmである。一方、波長変換フィルムに、外部光からの反射損失を少なくするために、規則的に隙間なく多数敷き詰めるように形成された微細凹又は凸形状の多角錐若しくは円錐の高さは、主として加工上の要請から、1~100μmである。具体的には、本発明の波長変換フィルムの台座部分の厚みは、太陽電池セル表面のテクスチャー構造の深さ0~20μmよりも大きくし、波長変換フィルムの微細凹部又は凸部の厚みは、加工上の要請から1~100μmとすることが好ましい。
本発明の波長変換フィルムの片面は太陽電池セル表面(受光面)の凹凸に隙間なく追従しており、図1に示すように、通常、太陽電池セル100上に貼り合わせ、波長変換フィルム300の微細な凸又は凹形状の多角錐若しくは円錐を有する面では、微細な凸又は凹形状の多角錐若しくは円錐をフィルムに形成するために用いた型フィルムを取り除き、封止材202を積層させ、空隙を生じさせず隙間なく波長変換フィルム300の微細な凸又は凹形状の多角錐若しくは円錐を埋めるようにするか、微細な凸又は凹形状の多角錐若しくは円錐をフィルムに形成するために用いた型フィルムを除去せずに積層させたままとしてもよい。なお、図1において、接続用タブ線及び電極は省略されているが、本発明の波長変換フィルムは、微細な凸又は凹形状の多角錐若しくは円錐を有する面の他面である太陽電池セル受光面では、接続用タブ線及び電極の凹凸形状に対しても隙間なく追従できることが好ましい。
波長変換フィルムは、一方の面では上述のように太陽電池セルの凹凸に追従し、また他方の面では外部光からの反射損失を少なくするために好ましく設けられる、規則的に隙間なく規則的に隙間なく多数敷き詰めるように形成された微細凹又は凸形状の多角錐若しくは円錐が転写されるようにする。そのために、波長変換フィルムを形成する際は、前記被覆蛍光物質粒子を含有した樹脂組成物を半硬化状態で用いることが重要である。樹脂組成物の分散媒樹脂として、微細な凸又は凹形状の多角錐若しくは円錐を付与しやすい光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、加熱又は加圧により流動する熱可塑性樹脂等が、単独あるいは組み合わせて用いられる。なかでも形状転写性をみたすものとして、例えば、ゾルゲル法で得られる、チタニウムテトラアルコキシドを含む有機-無機ハイブリッド組成物が樹脂組成物として好ましく挙げられる。
いずれの場合でも、波長変換のために、樹脂組成物中には上記被覆蛍光物質粒子、好ましくはユーロピウム錯体を含む被覆蛍光物質粒子を含有させる。
いずれの場合でも、波長変換のために、樹脂組成物中には上記被覆蛍光物質粒子、好ましくはユーロピウム錯体を含む被覆蛍光物質粒子を含有させる。
本発明の波長変換フィルム用樹脂組成物中の、上記被覆蛍光物質粒子の好ましい配合量は、ユーロピウムの元素質量濃度で0.001~5.0質量%が好ましい。0.001質量%以下であると発光効率が小さい傾向があり、5.0質量%以上であると濃度消光により発光効率が低下する傾向がある。
上述したように、樹脂組成物の分散媒樹脂として、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が好ましく用いられる。波長変換フィルム用樹脂組成物の分散媒樹脂に光硬化性樹脂を用いる場合、光硬化性樹脂の樹脂構成や光硬化方法は特に制限はない。例えば、光ラジカル開始剤による光硬化方法では、波長変換フィルム用樹脂組成物は、上記蛍光物質の他、(A)光硬化性樹脂、(B)架橋性モノマ及び(C)光により遊離ラジカルを生成する光開始剤等の分散媒樹脂成分からなる。
ここで(A)光硬化性樹脂としては、アクリル酸又はメタクリル酸及びこれらのアルキルエステルと、これらと共重合し得るその他のビニルモノマーを構成モノマとして共重合してなる共重合体が用いられる。これらの共重合体は、単独でも2種類以上を組み合わせて用いることもできる。アクリル酸アルキルエステル又はメタクリル酸アルキルエステルとしては、例えば、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸2-エチルヘキシル等のアクリル酸無置換アルキルエステル又はメタクリル酸無置換アルキルエステルや、これらのアルキル基に水酸基、エポキシ基、ハロゲン基等が置換したアクリル酸置換アルキルエステル及びメタクリル酸置換アルキルエステル等が挙げられる。
また、アクリル酸又はメタクリル酸やアクリル酸アルキルエステル又はメタクリル酸アルキルエステルと共重合しうるその他のビニルモノマーとしては、アクリルアミド、アクリロニトリル、ジアセトンアクリルアミド、スチレン、ビニルトルエン等が挙げられる。これらのビニルモノマーは、単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。また、(A)成分の分散媒樹脂の重量平均分子量は、塗膜性及び塗膜強度、現像性の点から10,000~300,000であることが好ましい。
(B)架橋性モノマとしては、例えば、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート;テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート;ベンジル(メタ)アクリレート;多価アルコールにα,β-不飽和カルボン酸を反応させて得られる化合物(例えば、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート(エチレン基の数が2~14のもの)、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエトキシトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンプロポキシトリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート(プロピレン基の数が2~14のもの)、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAポリオキシエチレンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジオキシエチレンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAトリオキシエチレンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAデカオキシエチレンジ(メタ)アクリレート等);グリシジル基含有化合物にα,β-不飽和カルボン酸を付加して得られる化合物(例えば、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテルトリアクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルジアクリレート等);多価カルボン酸(例えば、無水フタル酸)と水酸基及びエチレン性不飽和基を有する物質(例えば、β-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート)とのエステル化物;アクリル酸若しくはメタクリル酸のアルキルエステル(例えば、(メタ)アクリル酸メチルエステル、(メタ)アクリル酸エチルエステル、(メタ)アクリル酸ブチルエステル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシルエステル);ウレタン(メタ)アクリレート(例えば、トリレンジイソシアネートと2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリル酸エステルとの反応物、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートとシクロヘキサンジメタノールと2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリル酸エステルとの反応物等);等を挙げることができる。
特に好ましい(B)架橋性モノマとしては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAポリオキシエチレンジメタクリレートが挙げられる。なお、上記化合物は単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
特に好ましい(B)架橋性モノマとしては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAポリオキシエチレンジメタクリレートが挙げられる。なお、上記化合物は単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
特に波長変換フィルムの屈折率を高くする場合には、(A)光硬化性樹脂及び/又は(B)架橋性モノマに、臭素、イオウ原子を含んでいることが有利である。臭素含有モノマの例としては、第一工業製薬社製のニューフロンティアBR-31、ニューフロンティアBR-30、ニューフロンティアBR-42M等が挙げられる。イオウ含有モノマ組成物としては、三菱瓦斯化学社製のIU-L2000、IU-L3000、IU-MS1010が挙げられる。ただし、本発明で使用される臭素、イオウ原子含有モノマ(それを含む重合物)は、ここに挙げたものに限定されるものではない。
(C)光開始剤としては、紫外線又は可視光線により遊離ラジカルを生成する光開始剤が好ましく、例えば、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル等のベンゾインエーテル類、ベンゾフェノン、N,N′-テトラメチル-4,4′-ジアミノベンゾフェノン(ミヒラーケトン)、N,N′-テトラエチル-4,4′-ジアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン類、ベンジルジメチルケタール(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、IRGACURE(イルガキュア)651)、ベンジルジエチルケタール等のベンジルケタール類、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、p-tert-ブチルジクロロアセトフェノン、p-ジメチルアミノアセトフェノン等のアセトフェノン類、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジイソプロピルチオキサントン等のキサントン類、あるいはヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、IRGACURE(イルガキュア)184)、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ビトロキシ-2-メチルプロパン-1-オン(メルク社製、ダロキュア1116)、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン(メルク社製、ダロキュア1173)等が挙げられ、これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
また、(C)光開始剤として使用しうる光開始剤としては、例えば、2,4,5-トリアリルイミダゾール二量体と2-メルカプトベンゾオキサゾール、ロイコクリスタルバイオレット、トリス(4-ジエチルアミノ-2-メチルフェニル)メタン等との組み合わせも挙げられる。また、それ自体では光開始性はないが、前記物質と組み合わせて用いることにより全体として光開始性能のより良好な増感剤系となるような添加剤、例えば、ベンゾフェノンに対するトリエタノールアミン等の三級アミンを用いることができる。
上記はアクリル系の光硬化性樹脂についての例示であるが、通常用いられるエポキシ系の光硬化性樹脂も、本発明の波長変換フィルムの分散媒樹脂として好ましく用いることができる。
波長変換フィルム用樹脂組成物の分散媒樹脂に、加熱又は加圧により流動する熱可塑性樹脂を用いる場合、例えば、天然ゴム(屈折率(以下、nともいう)=1.52)、ポリイソプレン(n=1.521)、ポリ-1,2-ブタジエン(n=1.50)、ポリイソブテン(n=1.505~1.51)、ポリブテン(n=1.513)、ポリ-2-ヘプチル-1,3-ブタジエン(n=1.50)、ポリ-2-t-ブチル-1,3-ブタジエン(n=1.506)、ポリ-1,3-ブタジエン(n=1.515)等の(ジ)エン類、ポリオキシエチレン(n=1.456)、ポリオキシプロピレン(n=1.450)、ポリビニルエチルエーテル(n=1.454)、ポリビニルヘキシルエーテル(n=1.459)、ポリビニルブチルエーテル(n=1.456)等のポリエーテル類、ポリビニルアセテート(n=1.467)、ポリビニルプロピオネート(n=1.467)等のポリエステル類、ポリウレタン(n=1.5~1.6)、エチルセルロース(n=1.479)、ポリ塩化ビニル(n=1.54~1.55)、ポリアクリロニトリル(n=1.52)、ポリメタクリロニトリル(n=1.52)、ポリスルホン(n=1.633)、ポリスルフィド(n=1.6)、フェノキシ樹脂(n=1.5~1.6)、ポリエチルアクリレート(n=1.469)、ポリブチルアクリレート(n=1.466)、ポリ-2-エチルヘキシルアクリレート(n=1.463)、ポリ-t-ブチルアクリレート(n=1.464)、ポリ-3-エトキシプロピルアクリレート(n=1.465)、ポリオキシカルボニルテトラメタクリレート(n=1.465)、ポリメチルアクリレート(n=1.472~1.480)、ポリイソプロピルメタクリレート(n=1.473)、ポリドデシルメタクリレート(n=1.474)、ポリテトラデシルメタクリレート(n=1.475)、ポリ-n-プロピルメタクリレート(n=1.484)、ポリ-3,3,5-トリメチルシクロヘキシルメタクリレート(n=1.484)、ポリエチルメタクリレート(n=1.485)、ポリ-2-ニトロ-2-メチルプロピルメタクリレート(n=1.487)、ポリ-1,1-ジエチルプロピルメタクリレート(n=1.489)、ポリメチルメタクリレート(n=1.489)等のポリ(メタ)アクリル酸エステルが分散媒樹脂として使用可能である。
これらの熱可塑性樹脂は、必要に応じて2種以上共重合してもよいし、2種類以上をブレンドして使用することも可能である。
これらの熱可塑性樹脂は、必要に応じて2種以上共重合してもよいし、2種類以上をブレンドして使用することも可能である。
さら上記樹脂との共重合樹脂として、エポキシアクリレート(n=1.48~1.60)、ウレタンアクリレート(n=1.5~1.6)、ポリエーテルアクリレート(n=1.48~1.49)、ポリエステルアクリレート(n=1.48~1.54)等を使うこともできる。特に接着性の点から、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエーテルアクリレートが優れている。
エポキシアクリレートとしては、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、アリルアルコールジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、アジピン酸ジグリシジルエステル、フタル酸ジグリシジルエステル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、ソルビトールテトラグリシジルエーテル等の(メタ)アクリル酸付加物が挙げられる。
エポキシアクリレート等のように分子内に水酸基を有するポリマーは接着性向上に有効である。これらの共重合樹脂は、必要に応じて2種以上併用することができる。これら樹脂の軟化温度は、取扱い性から200℃以下が好ましく、150℃以下がさらに好ましい。太陽電池ユニットの使用環境温度が通常は80℃以下であることと加工性を考慮すると、上記樹脂の軟化温度は特に好ましくは80~120℃である。
熱可塑性樹脂を分散媒樹脂として用いた場合のその他の樹脂組成物の構成は、上記被覆蛍光物質粒子を含有させれば特に制限はないが、通常用いられる成分、例えば、可塑剤、難燃剤、安定剤等を含有させることが可能である。
波長変換フィルムにおける屈折率を高めるために、上記波長変換フィルム用樹脂組成物に、屈折率の高い(好ましくは屈折率1.6以上)無機材料(無機微粒子)を分散させることができる。但し、樹脂中に分散される無機微粒子の粒子の大きさが波長以上に大きくなると、光を散乱させるので逆効果となる。
このような無機微粒子としては、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化セリウム、酸化アンチモン、インジウムスズ混合酸化物、アンチモンスズ混合酸化物等であり、これらは必要に応じて、アルミナ、シリカ、酸化ジルコニウム、高級脂肪酸等で表面処理がなされていてもよい。
これら無機微粒子を樹脂中の分散させるために、分散剤、チタネート系、アルミニウム系、シリコン系のカップリング剤を用いてもよい。分散剤としては、ビックケミー・ジャパン社のディスパービックの商品名で供給される製品群、Disperbyk-111、Disperbyk-110、Disperbyk-116、Disperbyk-140、Disperbyk-161、Disperbyk-162、Disperbyk-163、Disperbyk-164、Disperbyk-170、Disperbyk-171、Disperbyk-174、Disperbyk-180、Disperbyk-182等、花王社製のアセタミン24、アセタミン86、コータミン24P、コータミン86PW、コータミン60W、コータミンD86P、ファーミンCS、ファーミン08D、ファーミン20D、ファーミン80、ファーミン86T、ファーミンO、ファーミンT、ファーミンD86、ファーミンDM24C、ファーミンDM0898、ファーミンDM1098、ファーミンDM2098、ファーミンDM2465、ファーミンDM2463、ファーミンDM2458、ファーミンDM4098、ファーミンDM4662、ファーミンDM6098、ファーミンDM6875、ファーミンDM8680、ファーミンDM8098、ファーミンDM2285等が挙げられる。
また、チタネート系カップリング剤としては、味の素(株)がプレンアクトの商品名で提供する製品、KR-TTS、KR-46B、KR-55、KR-41B、KR-38S、KR-138S、KR-238S、338X、KR-44、KR-9SA等が挙げられる。アルミニウム系カップリング剤としては、同社製のプレンアクトAL-M等が挙げられる。
一方、波長変換フィルム用樹脂組成物に、ゾルゲル法を用いて得られる有機-無機ハイブリッド組成物を用いる場合には、有機-無機ハイブリッド組成物の必須成分として上記蛍光物質、及び下記一般式(a)で表される金属アルコキシドを用いる。
(R1)nM-(OR2)m 式(a)
本発明は、このうちの下記一般式(b)で示されるチタニウムテトラアルコキシドを用いることも好ましい。
Ti-(OR)4 式(b)
(R1)nM-(OR2)m 式(a)
本発明は、このうちの下記一般式(b)で示されるチタニウムテトラアルコキシドを用いることも好ましい。
Ti-(OR)4 式(b)
相補的に、上記一般式(a)のMがZn、Zr、Al、Si、Sb、Be、Cd、Cr、Sn、Cu、Ga、Mn、Fe、Mo、V、W、Ge及びCeから選ばれる金属であっても差し支えない。上記一般式(a)のR1及びR2は、炭素数1~10の有機基であり、Mに複数個結合しているが、それぞれはすべて同一でも、違っていてもよい。nは0以上の整数、mは1以上の整数で、n+mは、Mの価数に等しい。また、上記一般式(b)のRは、炭素数1~10の有機基である。より好ましい金属アルコキシドは、チタニウムテトラアルコキシドであり、より好ましくはチタニウムテトライソプロポキシド、チタニウムテトラ(n-ブトキシド)等が挙げられる。
ゾルゲル法による有機-無機ハイブリッド組成物に用いる金属アルコキシドは一種類でも複数種類でもよい。
ゾルゲル法による有機-無機ハイブリッド組成物に用いる金属アルコキシドは一種類でも複数種類でもよい。
樹脂組成物のとして用いられるゾルゲル法で作製される有機-無機ハイブリッド組成物は、上記被覆蛍光物質粒子、ポリマー、モノマ、開始剤を必須成分とし、必要に応じて、溶剤、接着助剤、安定剤、界面活性剤等を添加することができる。ポリマーとしては、例えば、前記(A)光硬化性樹脂等が挙げられ、モノマとしては、前記(B)架橋性モノマ等が挙げられ、開始剤としては、前記(C)光開始剤等が挙げられる。
本発明の波長変換フィルムは、(1)蛍光物質粒子を、シリコンアルコキシドを用いたゾルゲル反応によりシリカガラスで被覆し、被覆層を有する被覆蛍光物質粒子を得る蛍光物質粒子被覆工程と、
(2)前記被覆蛍光物質粒子を分散媒樹脂に分散させて樹脂組成物を作製し、該樹脂組成物を用い、波長変換フィルムを形成するフィルム形成工程と、を含む工程により製造できる。
(2)前記被覆蛍光物質粒子を分散媒樹脂に分散させて樹脂組成物を作製し、該樹脂組成物を用い、波長変換フィルムを形成するフィルム形成工程と、を含む工程により製造できる。
樹脂組成物として、ゾルゲル法による有機-無機ハイブリッド組成物を用いる場合、波長変換フィルムは、溶液状にしたゾルゲル法用の上記被覆蛍光物質粒子を含む樹脂組成物中に、上記一般式(a)又は(b)で表される金属アルコキシド、水及び酸及び/又はアルカリ触媒を加え、PET等の基材に塗布し、加熱により溶剤を揮発させることにより、半硬化状態の樹脂組成物層を得、太陽電池セルに貼り付けた後に微細凹凸形状を形成して得られる。ゾルゲル法に用いられる酸触媒は、塩酸、有機酸等の一般に用いられる酸触媒が挙げられ、アルカリ触媒は、水酸化ナトリウム、有機アルカリ等の一般に用いられるアルカリ触媒が挙げられる。ただし、選ばれる金属アルコキシドの反応性によっては、水及び/又は酸及び/又はアルカリ触媒が必要でなくなる場合もある。また加熱温度も金属アルコキシドの反応性に依存している。
Tiのように反応性の高いものでは、加熱温度は100℃程度以下の温度でもよい。なお、半硬化状態の樹脂組成物層を形成する際に、ワニスとして太陽電池セル上に塗布し、その後、半硬化状態の樹脂組成物層とすることも可能である。
本発明では、必ずしも(-M-O-)の三次元構造は必要ではなく、高屈折率化を実現できればよい。特に酸化チタニウムの三次元構造は、光触媒で用いられるように、半導体となる。
本発明では、必ずしも(-M-O-)の三次元構造は必要ではなく、高屈折率化を実現できればよい。特に酸化チタニウムの三次元構造は、光触媒で用いられるように、半導体となる。
しかし、この構造は、光劣化の点で不都合であるため、三次元構造をあえて壊すために、別な金属アルコキシドと併用するか、意図的に加水分解、脱水縮合が中途半端になるよう、あらかじめ水の量を少なくする手法が有効である。具体的には、ゾルゲル法で用いる水の量をチタン原子1モルに対し2モル以下とすることが好ましい。
ゾルゲル法による有機-無機ハイブリッド組成物を樹脂組成物として用いる以外であっても、半硬化状態の樹脂組成物層を作製するには、上記被覆蛍光物質粒子を含有する樹脂組成物をPET等の基材に塗布し、加熱により溶剤を揮発させてフィルム状とする方法が挙げられる。なお、フィルム状とする場合、基材の反対面にPP等のセパレータフィルムにより保護することも好ましい。フィルム状の半硬化状態の樹脂組成物層を太陽電池セルへ貼り付けるには、太陽電池セルへ真空ラミネートすればよい。または、フィルム状とせずに、上記樹脂組成物をワニス状で用いて、太陽電池セルへ直接塗布し、溶剤乾燥して、半硬化状態の樹脂組成物層とすることも可能である。ワニス状で塗布した時点で太陽電池セル凹凸を完全に埋め込むことができる。
半硬化状態の樹脂組成物層を太陽電池セル上に形成した後、次に、波長変換フィルムに、微細凹又は凸形状の多角錐若しくは円錐を形成する場合は、同形状の微細凹又は凸形状の多角錐若しくは円錐を有する型フィルムを、半硬化状態の樹脂組成物層の上に載せ、さらに真空ラミネートし、半硬化状態の樹脂組成物層に形状転写し、波長変換フィルムを得る。なお、半硬化状態の樹脂組成物層を太陽電池セル上に貼り付けた後に、型フィルムで微細凹又は凸形状の多角錐若しくは円錐を形成して、波長変換フィルムを得るのではなく、基材上に形成されたフィルム状の樹脂組成物層を型フィルムの上に貼り付けるか、又は樹脂組成物を型フィルムに直接塗布し、微細凹又は凸形状の多角錐若しくは円錐を形成して波長変換フィルムを得てから、太陽電池セル上に貼り付けても良い。
この時点で型フィルムを剥離してから波長変換フィルムを硬化しても、型フィルムをつけたまま波長変換フィルムを硬化してもよい。半硬化状態の波長変換フィルムの硬化方法は、あらかじめ該樹脂組成物に光硬化性を付与しても、熱硬化性を付与してもよい。
この時点で型フィルムを剥離してから波長変換フィルムを硬化しても、型フィルムをつけたまま波長変換フィルムを硬化してもよい。半硬化状態の波長変換フィルムの硬化方法は、あらかじめ該樹脂組成物に光硬化性を付与しても、熱硬化性を付与してもよい。
<太陽電池モジュール及びその製造方法>
本発明は、上記波長変換フィルム又は型フィルム付き波長変換フィルムを用いた太陽モジュールも範囲とする。
本発明の波長変換フィルムは、複数の光透過性層と太陽電池セルとを有する太陽電池モジュールの、光透過性層の一つとして用いられる。
本発明は、上記波長変換フィルム又は型フィルム付き波長変換フィルムを用いた太陽モジュールも範囲とする。
本発明の波長変換フィルムは、複数の光透過性層と太陽電池セルとを有する太陽電池モジュールの、光透過性層の一つとして用いられる。
本発明の波長変換フィルムに用いる蛍光物質にユーロピウム錯体を用いることで高い発電効率を有する太陽電池モジュールを実現出来る。ユーロピウム錯体は紫外域の光を高い波長変換効率で赤色の波長域の光に変換し、この変換された光が太陽電池セルで発電に寄与する。
本発明の波長変換フィルムとなる、フィルム状の樹脂組成物層を用いて、太陽電池セル上に波長変換フィルムを形成し、太陽電池モジュールを製造する一つの方法について、図2を用いて説明する。
図2の(a)に示すように、基材であるPET等の基材フィルム304と、PP等のセパレータフィルム306に挟まれた半硬化状態の、被覆蛍光物質粒子を含有した半硬化状態の樹脂組成物層305を、太陽電池セルへ貼り付ける場合、まずセパレータフィルム306を剥がす。
次に、図2の(b)に示すように、真空ラミネータを用い、太陽電池セル100に半硬化状態のユーロピウム錯体からなる蛍光物質を含有した半硬化状態の樹脂組成物層305を、基材フィルム304をつけたまま貼り付ける。
次に、図2の(b)に示すように、真空ラミネータを用い、太陽電池セル100に半硬化状態のユーロピウム錯体からなる蛍光物質を含有した半硬化状態の樹脂組成物層305を、基材フィルム304をつけたまま貼り付ける。
その後、図2の(c)に示すように、前記基材フィルム304を剥がし、半硬化状態の樹脂組成物層305上に型フィルム301を載せ、図2の(d)に示すように、さらに真空ラミネータで、微細凹凸形状の転写を行い、波長変換フィルム300a(硬化前)を得る。
硬化前の波長変換フィルム300aを得た後、さらに光又は熱で半硬化状態のユーロピウム錯体からなる蛍光物質を含有した波長変換フィルム300aを硬化させ、波長変換フィルム300b(硬化後)を得る。硬化後は、このまま型フィルム301を残し、保護ガラス201、封止材202及びバックフィルム204に挟みモジュール化してもよい。
また、図2の(e)のように、(d)の状態から型フィルム301を剥がした後、図1に示すように、保護ガラス201、封止材202及びバックフィルム204に挟みモジュール化してもよい。
また、図2の(e)のように、(d)の状態から型フィルム301を剥がした後、図1に示すように、保護ガラス201、封止材202及びバックフィルム204に挟みモジュール化してもよい。
このとき、太陽電池セルのテクスチャー構造が深さ10μmで、型フィルム凹凸の深さが10μmとすれば、ラミネート前の波長変換フィルムは少なくとも20μmの厚みが必要ということになる。先述の言い方をすれば、前者が台座部分で、後者が本発明の特徴である凸又は凹形状の多角錐もしくは円錐部分となる。
なお、型フィルム(波長変換フィルムの凸又は凹計上の多角錐若しくは円錐部形成の鋳型となる型フィルム)は、特開2002-225133号公報に記載の方法等により作製することができる。型フィルム形成に用いられる樹脂組成物は、波長変換フィルムで用いられる光硬化性樹脂を含むものが挙げられる。なお、型フィルムの形状は、波長変換フィルムに微細な凸又は凹形状の多角錐若しくは円錐が受光面に隙間なく多数敷き詰めるように形成されるようなものとする。
型フィルムの具体的な作製例は、実施例のところで後述する。
型フィルムの具体的な作製例は、実施例のところで後述する。
本発明の波長変換フィルムは、太陽モジュールとする前の状態のもの、具体的には硬化性樹脂を用いた場合は、半硬化状態のフィルムをいう。なお、半硬化状態の波長変換フィルムと、硬化した後(太陽モジュール化した後)の波長変換フィルムとの屈折率は大きくは変わらない。
以下に、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
<被覆蛍光物質粒子の作製>
(被覆蛍光物質粒子A~Hの作製)
まず、蛍光物質粒子を合成する。4,4,4-トリフルオロ-1-(チエニル)-1,3-ブタンジオン(TTA)200mgを7mlのエタノールに溶解し、ここへ1Mの水酸化ナトリウム1.1mlを加え混合した。7mlのエタノールに溶かした62mgの1,10-フェナントロリンを先の混合溶液に加え、1時間攪拌した後、EuCl3・6H2O 103mgの3.5ml水溶液を加え、沈殿物を得る。これをろ別し、エタノールで洗浄し、乾燥する。ヘキサン-エチルアセテートにより再結晶精製をし、蛍光物質粒子Eu(TTA)3Phenを得た。なお、蛍光物質粒子の一次粒子径は10~50nmであった。
(被覆蛍光物質粒子A~Hの作製)
まず、蛍光物質粒子を合成する。4,4,4-トリフルオロ-1-(チエニル)-1,3-ブタンジオン(TTA)200mgを7mlのエタノールに溶解し、ここへ1Mの水酸化ナトリウム1.1mlを加え混合した。7mlのエタノールに溶かした62mgの1,10-フェナントロリンを先の混合溶液に加え、1時間攪拌した後、EuCl3・6H2O 103mgの3.5ml水溶液を加え、沈殿物を得る。これをろ別し、エタノールで洗浄し、乾燥する。ヘキサン-エチルアセテートにより再結晶精製をし、蛍光物質粒子Eu(TTA)3Phenを得た。なお、蛍光物質粒子の一次粒子径は10~50nmであった。
上記で得られたEu(TTA)3Phenを用い、表1に示す配合量でゾルゲル用溶液を作製した。ここで、表1中に記載されている数字はモル比を示している。なお、Eu(TTA)3Phenの使用量はモル比で、TEOSに対して1/160モルである。また、TEOSはテトラエトキシシラン、DMFはジメチルホルムアミド、NH3はアンモニアを示す。
表1に記載された比率で作製した溶液中に、上記で得られた蛍光物質粒子(ユーロピウム錯体(Eu(TTA)3phen))(一次粒子径:10~50nm)を混合し、10分間攪拌を行った。次に、ガラス基板上にキャスト法で塗布して、120℃、1時間の条件で加熱処理を行い、被覆蛍光物質粒子A~Hを作製した。
得られた被覆蛍光物質粒子(Eu(TTA)3phen蛍光物質粒子の周囲をシリカガラスで覆った粒子)の形状を電子顕微鏡で観察を行い、一次粒子径の測定を行った。その結果を表1に示す。
(被覆蛍光物質粒子I~Lの作製)
表2に示す配合量でゾルゲル用溶液を作製した。ここで、表2中に記載されている数字はモル比を示している。また、TEOSはテトラエトキシシラン、THFはテトラヒドロフラン、NH3はアンモニアを示す。
表2に示す配合量でゾルゲル用溶液を作製した。ここで、表2中に記載されている数字はモル比を示している。また、TEOSはテトラエトキシシラン、THFはテトラヒドロフラン、NH3はアンモニアを示す。
表2に記載された比率で作製した溶液中に、上記で得られた蛍光物質粒子(ユーロピウム錯体(Eu(TTA)3phen))(一次粒子径:10~50nm)を混合し、10分間攪拌を行った。次に、ガラス基板上にキャスト法で塗布して、120℃、1時間の条件で加熱処理を行い、被覆蛍光物質粒I~Nを作製した。
得られた被覆蛍光物質粒子(Eu(TTA)3phen蛍光物質粒子の周囲をシリカガラスで覆った粒子)の形状を走査型電子顕微鏡で観察を行い、一次粒子径の測定を行った。その結果も表2に記載している。
(実施例1)
<太陽電池モジュールの作製>
太陽電池モジュールの作製方法は、いくつかのステップによって形成される。以下、波長変換フィルムの形成(貼り付け)方法を含めた太陽電池モジュールの作製方法に関して説明する。
<太陽電池モジュールの作製>
太陽電池モジュールの作製方法は、いくつかのステップによって形成される。以下、波長変換フィルムの形成(貼り付け)方法を含めた太陽電池モジュールの作製方法に関して説明する。
(1)型フィルム用の感光性樹脂組成物の調製
アクリルアクリレート(日立化成工業(株)製、商品名:ヒタロイドHA7885)50質量部、EO変性ビスフェノールAジメタクリレート(日立化成工業(株)製、商品名:ファンクリルFA-321M)50質量部及び光開始剤としての1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニルケトン(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製、商品名:IRGACURE184)3.0質量部を、有機溶媒のメチルエチルケトンに溶かしワニス(樹脂組成物)とした。このワニスをシリコンウエハ上に約5000Åとなるように膜を形成した。
アクリルアクリレート(日立化成工業(株)製、商品名:ヒタロイドHA7885)50質量部、EO変性ビスフェノールAジメタクリレート(日立化成工業(株)製、商品名:ファンクリルFA-321M)50質量部及び光開始剤としての1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニルケトン(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製、商品名:IRGACURE184)3.0質量部を、有機溶媒のメチルエチルケトンに溶かしワニス(樹脂組成物)とした。このワニスをシリコンウエハ上に約5000Åとなるように膜を形成した。
(2)型フィルムの作製
有効面積が155mm角であり、底辺20μm及び高さ10μmの四角錘が隙間なく形成されている金型上に、上記樹脂組成物を1~2滴、滴下し、50μm厚の両面易接着処理を施したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡績(株)製、商品名:A-4300)をこの上に載せた。樹脂組成物とPETフィルムの間に気泡が入らないようにローラーで気泡を取り除き、PET側からUV光を照射した。金型からPETフィルムを剥がすことにより、凹形状の四角錘型フィルムを得た。屈折率は、基材及び感光性樹脂組成物層とも1.49だった。
なお、得られた型フィルムの四角錘寸法は、金型と同じである。
有効面積が155mm角であり、底辺20μm及び高さ10μmの四角錘が隙間なく形成されている金型上に、上記樹脂組成物を1~2滴、滴下し、50μm厚の両面易接着処理を施したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡績(株)製、商品名:A-4300)をこの上に載せた。樹脂組成物とPETフィルムの間に気泡が入らないようにローラーで気泡を取り除き、PET側からUV光を照射した。金型からPETフィルムを剥がすことにより、凹形状の四角錘型フィルムを得た。屈折率は、基材及び感光性樹脂組成物層とも1.49だった。
なお、得られた型フィルムの四角錘寸法は、金型と同じである。
(3)波長変換フィルム用の被覆蛍光物質粒子を含む樹脂組成物の調製
大阪ガスケミカル社製のエポキシ樹脂(商品名:オグソールEG)100質量部に対し、トルエンを66.67質量部加え、1昼夜攪拌した。これを試験用分散媒樹脂とした(ただし、この樹脂単独では硬化しない。本実施例では、あくまでもの分散媒樹脂として、硬化性は無視した)。さらに上記で合成した被覆蛍光物質粒子Nを0.3質量部加え樹脂組成物1とした。
大阪ガスケミカル社製のエポキシ樹脂(商品名:オグソールEG)100質量部に対し、トルエンを66.67質量部加え、1昼夜攪拌した。これを試験用分散媒樹脂とした(ただし、この樹脂単独では硬化しない。本実施例では、あくまでもの分散媒樹脂として、硬化性は無視した)。さらに上記で合成した被覆蛍光物質粒子Nを0.3質量部加え樹脂組成物1とした。
(4)波長変換フィルムの作製
上記で得られた型フィルム(感光性樹脂組成物層)の上に上記樹脂組成物1をギャップを7milとしたアプリケータにより塗布し、100℃の熱風対流式乾燥機で、15分間かけて乾燥し、波長変換フィルム1を得た。塗膜上には、セパレータフィルムとして、PPフィルムで半硬化状態の波長変換フィルムを保護した。なお、波長変換フィルム1は、底辺が20μm、高さが10μmの四角錘が隙間なく形成され、また台座部分の厚みは42μmであった。
上記で得られた型フィルム(感光性樹脂組成物層)の上に上記樹脂組成物1をギャップを7milとしたアプリケータにより塗布し、100℃の熱風対流式乾燥機で、15分間かけて乾燥し、波長変換フィルム1を得た。塗膜上には、セパレータフィルムとして、PPフィルムで半硬化状態の波長変換フィルムを保護した。なお、波長変換フィルム1は、底辺が20μm、高さが10μmの四角錘が隙間なく形成され、また台座部分の厚みは42μmであった。
(5)波長変換フィルム付太陽電池モジュールの作製
タブ線接続され、あらかじめ太陽電池特性を測定してある太陽電池セル上に、上記波長変換フィルム1からセパレータフィルムを剥がしてから載せ、保護ガラスとしての強化硝子(旭硝子(株)製)、封止材としてのEVA樹脂((株)三井ファブロ製、商品名:ソラエバ)、波長変換フィルムを貼り付けた太陽電池セル(受光面を下に向ける)、前記EVA樹脂、バックフィルムとしてPETフィルム(東洋紡績(株)製、商品名:A-4300)を重ね、真空ラミネータを用いてラミネートして、波長変換フィルム付太陽電池モジュール1を得た。なお、太陽電池特性の測定は、以下に述べる太陽電池モジュール特性評価と装置、手法ともに同様である。
タブ線接続され、あらかじめ太陽電池特性を測定してある太陽電池セル上に、上記波長変換フィルム1からセパレータフィルムを剥がしてから載せ、保護ガラスとしての強化硝子(旭硝子(株)製)、封止材としてのEVA樹脂((株)三井ファブロ製、商品名:ソラエバ)、波長変換フィルムを貼り付けた太陽電池セル(受光面を下に向ける)、前記EVA樹脂、バックフィルムとしてPETフィルム(東洋紡績(株)製、商品名:A-4300)を重ね、真空ラミネータを用いてラミネートして、波長変換フィルム付太陽電池モジュール1を得た。なお、太陽電池特性の測定は、以下に述べる太陽電池モジュール特性評価と装置、手法ともに同様である。
なお、各層の屈折率は以下の通りである。保護ガラス(1.50)、封止材(1.49)、型フィルム基材部分(PET)(1.49)、型フィルム微細凹凸部分(1.49)、波長変換フィルム1(1.61)、太陽電池セルのうちSiNx:H層(2.1)、Si層(3.4)。
各層の屈折率、層厚を表3に示す。
各層の屈折率、層厚を表3に示す。
(6)太陽電池モジュール特性
ワコム電創(株)製、ソーラーシミュレータ、WXS-155S-10、AM1.5G、英弘精機(株)製、I-Vカーブトレーサー、MP-160を用い、波長変換フィルム付太陽電池モジュール1の性能を評価した。その評価データを表4に示す。
ワコム電創(株)製、ソーラーシミュレータ、WXS-155S-10、AM1.5G、英弘精機(株)製、I-Vカーブトレーサー、MP-160を用い、波長変換フィルム付太陽電池モジュール1の性能を評価した。その評価データを表4に示す。
(実施例2)
<太陽電池モジュールの作製>
微細形状を含まない波長変換フィルムを設けた太陽電池モジュールを作製した。
(1)波長変換フィルム用の被覆蛍光物質粒子を含む樹脂組成物の調製
メチルメタクリレートポリマ(和光純薬社製)100質量部に対し、トルエンを163質量部加え、数日攪拌し、溶液化した。この樹脂溶液にさらに上記で合成した被覆蛍光物質粒子Aを0.3質量部加え、樹脂組成物2とした。
(2)波長変換フィルムの作製
タブ線接続され、あらかじめ太陽電池特性を測定してある太陽電池セル上に、上記で得られた樹脂組成物2を滴下し、アプリケータにて、タブ線の厚みをギャップとして塗布した。100℃の熱風対流式乾燥機で、15分間かけて乾燥し、波長変換フィルムを作製し、波長変換フィルム付太陽電池セルを得た。
<太陽電池モジュールの作製>
微細形状を含まない波長変換フィルムを設けた太陽電池モジュールを作製した。
(1)波長変換フィルム用の被覆蛍光物質粒子を含む樹脂組成物の調製
メチルメタクリレートポリマ(和光純薬社製)100質量部に対し、トルエンを163質量部加え、数日攪拌し、溶液化した。この樹脂溶液にさらに上記で合成した被覆蛍光物質粒子Aを0.3質量部加え、樹脂組成物2とした。
(2)波長変換フィルムの作製
タブ線接続され、あらかじめ太陽電池特性を測定してある太陽電池セル上に、上記で得られた樹脂組成物2を滴下し、アプリケータにて、タブ線の厚みをギャップとして塗布した。100℃の熱風対流式乾燥機で、15分間かけて乾燥し、波長変換フィルムを作製し、波長変換フィルム付太陽電池セルを得た。
(3)波長変換フィルム付太陽電池モジュールの作製
保護ガラスとしての強化硝子(旭硝子(株)製)、封止材としてのEVA樹脂((株)三井ファブロ製、商品名:ソラエバ)、上記で得られた被覆蛍光物質粒子を含む層のある太陽電池セル、(受光面を下に向ける)、前記EVA樹脂、バックフィルムとしてPETフィルム(東洋紡社製、商品名:A-4300)を重ね、真空ラミネータを用いてラミネートし、波長変換フィルム付太陽電池モジュール2を得た。
なお、各層の屈折率は以下の通りである。保護ガラス(1.50)、封止材(1.49)、波長変換フィルム2(1.49)、太陽電池セルのうちSiNx:H層(2.1)、Si層(3.4)。
各層の屈折率、層厚を表3に示す。
(4)太陽電池モジュール特性
太陽電池モジュール2を実施例1と同様の方法で評価した。そのデータを表4に示す。
保護ガラスとしての強化硝子(旭硝子(株)製)、封止材としてのEVA樹脂((株)三井ファブロ製、商品名:ソラエバ)、上記で得られた被覆蛍光物質粒子を含む層のある太陽電池セル、(受光面を下に向ける)、前記EVA樹脂、バックフィルムとしてPETフィルム(東洋紡社製、商品名:A-4300)を重ね、真空ラミネータを用いてラミネートし、波長変換フィルム付太陽電池モジュール2を得た。
なお、各層の屈折率は以下の通りである。保護ガラス(1.50)、封止材(1.49)、波長変換フィルム2(1.49)、太陽電池セルのうちSiNx:H層(2.1)、Si層(3.4)。
各層の屈折率、層厚を表3に示す。
(4)太陽電池モジュール特性
太陽電池モジュール2を実施例1と同様の方法で評価した。そのデータを表4に示す。
(比較例1)
<太陽電池モジュールの作製>
波長変換フィルムを有さない太陽電池モジュールを以下の方法で作製した。
(1)太陽電池モジュールの作製
保護ガラスとしての強化硝子(旭硝子(株)製)、封止材としてのEVA樹脂((株)三井ファブロ製、商品名:ソラエバ)、上記で得られた被覆蛍光物質粒子を含む層のある太陽電池セル、(受光面を下に向ける)、前記EVA樹脂、バックフィルムとしてPETフィルム(東洋紡社製、商品名:A-4300)を重ね、真空ラミネータを用いてラミネートし、太陽電池モジュール3を得た。
なお、各層の屈折率は以下の通りである。保護ガラス(1.50)、封止材(1.49)、太陽電池セルのうちSiNx:H層(2.1)、Si層(3.4)。
各層の屈折率、層厚を表3に示す。
(2)太陽電池モジュール特性
太陽電池モジュール3を実施例1と同様の方法で評価した。そのデータを表4に示す。
<太陽電池モジュールの作製>
波長変換フィルムを有さない太陽電池モジュールを以下の方法で作製した。
(1)太陽電池モジュールの作製
保護ガラスとしての強化硝子(旭硝子(株)製)、封止材としてのEVA樹脂((株)三井ファブロ製、商品名:ソラエバ)、上記で得られた被覆蛍光物質粒子を含む層のある太陽電池セル、(受光面を下に向ける)、前記EVA樹脂、バックフィルムとしてPETフィルム(東洋紡社製、商品名:A-4300)を重ね、真空ラミネータを用いてラミネートし、太陽電池モジュール3を得た。
なお、各層の屈折率は以下の通りである。保護ガラス(1.50)、封止材(1.49)、太陽電池セルのうちSiNx:H層(2.1)、Si層(3.4)。
各層の屈折率、層厚を表3に示す。
(2)太陽電池モジュール特性
太陽電池モジュール3を実施例1と同様の方法で評価した。そのデータを表4に示す。
本発明の波長変換フィルムは、スペクトルミスマッチによる太陽光損失を低減し、さらに高い可視光透過率を有する構成とすることにより、光利用効率を高め、発電効率を向上させることができる。
100 太陽電池セル
201 保護ガラス(カバーガラス)
202 封止材(充填材)
203 タブ線
204 バックフィルム
300a、b 波長変換フィルム
301 型フィルム
304 基材フィルム
305 半硬化状態の樹脂組成物層
306 セパレータフィルム
201 保護ガラス(カバーガラス)
202 封止材(充填材)
203 タブ線
204 バックフィルム
300a、b 波長変換フィルム
301 型フィルム
304 基材フィルム
305 半硬化状態の樹脂組成物層
306 セパレータフィルム
Claims (7)
- 複数の光透過性層と太陽電池セルとを有する太陽電池モジュールの光透過性層の一つとして用いられる、蛍光物質及び分散媒樹脂を含む波長変換フィルムにおいて、
前記蛍光物質は、蛍光物質粒子と、該蛍光物質粒子の周囲を覆った被覆層と、を有する被覆蛍光物質粒子である波長変換フィルム。 - 前記波長変換フィルムが、前記太陽電池セルの受光面上に配置され、前記被覆層の屈折率が1.5~2.1であり、前記分散媒樹脂の屈折率が1.5~2.1であり、
且つ前記複数の光透過性層を、光入射側から層1、層2、・・・、層mとし、またこれらの屈折率をn1、n2、・・・、nmとしたとき、n1≦n2≦・・・・≦nmが成り立つことを特徴とする請求項1に記載の波長変換フィルム。 - 前記被覆層が、ゾルゲル法で形成したシリカガラスであることを特徴とする請求項1又は2に記載の波長変換フィルム。
- 前記蛍光物質が、ユーロピウム錯体であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の波長変換フィルム。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の波長変換フィルムを有する太陽電池モジュール。
- 蛍光物質粒子を、シリコンアルコキシドを用いたゾルゲル反応によりシリカガラスで被覆し、被覆層を有する被覆蛍光物質粒子を得る蛍光物質粒子被覆工程と、
前記被覆蛍光物質粒子を分散媒樹脂に分散させて樹脂組成物を作製し、該樹脂組成物を用い、波長変換フィルムを形成するフィルム形成工程と、を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の波長変換フィルムの製造方法。 - 複数の光透過性層と太陽電池セルとを有する太陽電池モジュールの製造方法において、請求項1~4のいずれか一項に記載の波長変換フィルムを積層して、前記光透過性層の一つを構成する工程を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
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