WO2011102466A1 - 太陽電池用封止剤及びこれを用いた太陽電池 - Google Patents

太陽電池用封止剤及びこれを用いた太陽電池 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a solar cell encapsulant used for sealing solar cells and a solar cell using the same, and in particular, a novel solar cell encapsulant having a wavelength conversion effect and the solar cell. It is related with the solar cell which formed the sealing agent layer using the sealing agent for water.
  • Solar cells that convert solar energy into electrical energy are attracting attention as clean renewable energy, replacing fossil fuels that emit greenhouse gases such as carbon dioxide. If solar cells are widely spread and can cover a part of electric power, the significance of environmental protection will be great.
  • Patent Document 1 discloses a wavelength converter that absorbs light in a wavelength range with a low photoelectric conversion efficiency in the photoelectric conversion layer and emits light in a wavelength range with a high photoelectric conversion efficiency on the light incident side of the photoelectric conversion layer.
  • a solar cell in which the layer is arranged in parallel with the photoelectric conversion layer is disclosed.
  • the wavelength converter layer is formed by dispersing and mixing the wavelength converter fine powder in the transparent adhesive layer between the photoelectric conversion layer and the transparent protective cover. Forming.
  • Patent Document 2 in a solar battery module including a solar battery cell that converts solar energy into electrical energy, the irradiated light is absorbed, and the absorbed light is converted into light having a longer wavelength.
  • a solar cell module having a wavelength conversion layer for conversion is disclosed.
  • the wavelength conversion layer is formed by being applied to the light receiving surface or is formed as a sealing material that protects the solar cells.
  • Patent Document 3 discloses a solar cell in which a material containing an oxide fluorescent material is disposed in a path until light reaches the solar cell element.
  • the oxide fluorescent material is capable of converting ultraviolet rays in a wavelength range of 200 to 400 nm into a wavelength range of 400 to 1000 nm.
  • the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and provides a solar cell encapsulant capable of realizing higher photoelectric conversion efficiency than a conventional one and a solar cell using the same.
  • the purpose is to do.
  • the sealing agent for solar cells of the present invention is a sealing agent for solar cells in which a fluorescent material is dispersed or dissolved in a transparent resin, and the fluorescent material has a thickness of 350 nm to 400 nm. It absorbs more light in the wavelength range than light in the wavelength range exceeding 400 nm.
  • the solar cell of the present invention is a solar cell in which a transparent protective glass is bonded to a solar cell having a photoelectric conversion layer via a sealant layer, and the sealant layer is made of a transparent resin.
  • the fluorescent material is formed of a solar cell sealing agent in which a fluorescent material is dispersed or dissolved, and the fluorescent material contained in the sealing agent layer is made to emit light in a wavelength range of 350 nm to 400 nm from light in a wavelength range exceeding 400 nm. It is also characterized by absorbing a large amount.
  • the fluorescent material used for the solar cell encapsulant functions as a wavelength converter, and as described in the above-mentioned Patent Documents 1 to 3, etc., the photoelectric conversion layer has a low photoelectric conversion efficiency. It is necessary to absorb light in the wavelength range and emit light in the long wavelength range with high photoelectric conversion efficiency. However, it is not always necessary that there is absorption in a short wavelength region (for example, a wavelength region of 400 nm or less). For example, even if there is absorption in a wavelength region of 400 nm or less, if there is absorption in a wavelength region longer than 400 nm, light necessary for photoelectric conversion in the photoelectric conversion layer will also be absorbed, and efficiency improvement by wavelength conversion Is offset and sufficient conversion efficiency cannot be realized.
  • the encapsulant for solar cells of the present invention contains a fluorescent material that absorbs 350 nm to 400 nm of light more than light in the wavelength range exceeding 400 nm. Accordingly, light that cannot be absorbed by the photoelectric conversion layer can be efficiently photoelectrically converted to be usable, and thus effective conversion efficiency can be improved.
  • the average particle diameter of the fluorescent material may be 20 nm or less, and the light transmittance at a wavelength of 600 nm to 800 nm of the encapsulant may be 90% or more.
  • the encapsulant itself does not hinder the arrival of sunlight to the photoelectric conversion layer, and further improvement in photoelectric conversion efficiency can be realized.
  • the particle size of the fluorescent material is 100 nm or more, the conversion efficiency may greatly decrease due to the scattering of sunlight, etc. This is a problem with solar cells that employ a wavelength conversion layer. It was one of the causes that were difficult to put into practical use.
  • the sealing agent for solar cells of the present invention solves such a problem by setting the average particle diameter of the fluorescent material to 20 nm or less and the light transmittance at a wavelength of 600 to 800 nm of the sealing agent to 90% or more. It becomes possible.
  • light in a wavelength range that could not directly contribute to photoelectric conversion can be effectively used for photoelectric conversion, for example, light that can be used in the photoelectric conversion layer of the solar cell can be expanded, It becomes possible to realize a solar cell having a good photoelectric conversion efficiency.
  • FIG. 1 is a diagram showing absorption characteristics in a solar battery cell using single crystal silicon as a photoelectric conversion layer.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the solar cell.
  • FIG. 3A is a diagram showing an absorption spectrum of fluorescent substance CdSe nanoparticles
  • FIG. 3B is a figure showing an emission spectrum of fluorescent substance CdSe nanoparticles.
  • FIG. 4A is a diagram showing an absorption spectrum of the fluorescent material DPhP-C4
  • FIG. 4B is a diagram showing an emission spectrum of the fluorescent material DPhP-C4.
  • FIG. 5A is a diagram showing an absorption spectrum of the fluorescent material ADS085, and FIG. 5B is a diagram showing an emission spectrum of the fluorescent material ADS085.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a sample cell used for evaluation, and is a schematic cross-sectional view of an evaluation cell using a solar battery cell using polycrystalline silicon as a photoelectric conversion layer.
  • FIG. 7 is a diagram showing absorption characteristics in a solar battery cell using polycrystalline silicon as a photoelectric conversion layer.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a sample cell used for evaluation, and is a schematic cross-sectional view of an evaluation cell using a solar battery cell using single crystal silicon as a photoelectric conversion layer.
  • the present embodiment a solar cell encapsulant to which the present invention is applied and a solar cell using the same (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described with reference to the drawings.
  • the sealing agent for solar cells of this Embodiment is arrange
  • a fluorescent substance that is a wavelength converter is dispersed or dissolved.
  • Fluorescent material performs wavelength conversion on transmitted light.
  • the fluorescent material needs to absorb light in a short wavelength region with low photoelectric conversion efficiency in the photoelectric conversion layer and emit light in a long wavelength region with high photoelectric conversion efficiency. is there.
  • absorption is reduced with respect to light in a wavelength region of 500 nm or less, and in a wavelength region of 400 nm or less. For light, the absorption is further reduced.
  • FIG. 1 is a diagram showing absorption characteristics (spectral sensitivity characteristics) of a sunlight spectrum in a solar battery cell using single crystal silicon as a photoelectric conversion layer.
  • (a) is a spectral sensitivity characteristic when the solar battery cell is a normal cell
  • (b) is a spectral sensitivity characteristic when the solar battery cell is a BSF (back surface field) type cell.
  • BSF back surface field
  • the absorption characteristics (spectral sensitivity characteristics) with respect to light in the wavelength region of 400 nm or less are extremely small in both cases where the solar battery cell is a normal type or a BSF type. For this reason, the solar cell of the present embodiment photoelectrically converts light in a wavelength region exceeding 400 nm.
  • the fluorescent substance added to the solar cell encapsulant in the present embodiment is a fluorescent substance that absorbs light in a wavelength range of 400 nm or less and emits light in a wavelength range of more than 400 nm. Is preferred. By adding such a fluorescent substance to the sealing agent for solar cells, light that cannot be absorbed by the photoelectric conversion layer can be converted into light that can be absorbed by the photoelectric conversion layer.
  • the fluorescent material preferably absorbs light in the wavelength range of 350 nm to 400 nm more than light in the wavelength range exceeding 400 nm. This is because even if light in a wavelength region of 400 nm or less is absorbed, if a large amount of light in a wavelength region exceeding 400 nm is absorbed, the total amount of light that can be used in the photoelectric conversion layer is reduced. By absorbing more light in the wavelength range of 350 nm to 400 nm than light in the wavelength range exceeding 400 nm, the light that can be used in the photoelectric conversion layer (direct light) is not reduced, and wavelength-converted light is also used. As a result, the total amount of light that can be used in the photoelectric conversion layer can be increased.
  • the fluorescent substance is preferably a fluorescent substance having a peak in a wavelength region of 400 nm or less in the absorption spectrum and a peak in a wavelength region of 450 nm or more where the sensitivity of the solar cell is high in the emission spectrum.
  • the difference in wavelength between the absorption peak and the emission peak, that is, the Stoke shift is preferably larger than 50 nm.
  • the fluorescent material preferably has so-called absorption characteristics and is a so-called nanoparticle.
  • the fluorescent material is preferably nanoparticles having an average particle size of 20 nm or less.
  • the average particle size of a fluorescent material is generally larger than the wavelength of visible light and is larger than a submicron.
  • the transparent resin that disperses or dissolves the fluorescent substance can be any resin material as long as it is a resin material that has sufficient transparency to transmit sunlight.
  • silicone resin epoxy resin, polyurethane resin, vinyl Resin, styrene-based elastomer resin (styrene / ethylene-butylene / styrene (SEBS)), and the like.
  • SEBS is excellent in transparency and handleability, and does not generate an acid unlike ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) and does not adversely affect the fluorescent material.
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • Particularly preferred as a transparent resin Particularly preferred as a transparent resin.
  • the light transmittance of sunlight is 90% or more, particularly at a wavelength of 600 nm to 800 nm.
  • the light transmittance can be 90% or more, and the light transmittance at a wavelength of 600 nm to 800 nm can be 95% or more.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the solar cell in the present embodiment.
  • the solar cell 1 forms the sealing agent layer 7 which consists of the sealing agent for solar cells in this Embodiment between a pair of transparent protective glass 2 and 3, and seals the photovoltaic cell 4 which has a photoelectric converting layer. Configured by stopping.
  • the solar cells 4 are electrically connected to each other by connection wirings 5, and power is taken out from a terminal box 6 provided on the back side.
  • a known photoelectric conversion layer such as one using single crystal silicon, one using polycrystalline silicon, or one using amorphous (amorphous) silicon can be applied. Is possible.
  • Sealant layer 7 is formed between transparent protective glass 2 and transparent protective glass 3.
  • the outer peripheral portion of the sealant layer 7 is fixed to the frame 9 through a seal material 8. Thereby, sunlight passes through the transparent protective glass 2 and the sealant layer 7 on the front side and enters the solar battery cell 4.
  • the solar cell 1 photoelectrically converts the fluorescent material in the encapsulant layer 7 by absorbing light in a wavelength region of 350 nm to 400 nm more than light in a wavelength region exceeding 400 nm.
  • Wavelength-converted light can also be used without reducing the light available in the layer, and the total amount of light available in the photoelectric conversion layer can be increased.
  • nanoparticles having an average particle diameter of 20 nm or less as the fluorescent material, light scattering can be suppressed and most of the incident sunlight can be used effectively. If the encapsulant layer 7 contains a fluorescent material having a normal particle size instead of nanoparticles, it is difficult to make the light transmittance 90% or more due to light scattering.
  • the light transmittance of sunlight can be 90% or more by using nanoparticles having an average particle size of 20 nm or less as the fluorescent material and using SEBS as the transparent resin.
  • the light transmittance at a wavelength of 600 nm to 800 nm can be 90% or more, and further 95% or more.
  • the solar cell 1 can photoelectrically convert a sufficient amount of sunlight in the photoelectric conversion layer of the solar battery cell 4.
  • the solar cell 1 absorbs light in a wavelength region with a low photoelectric conversion efficiency, emits light in a wavelength region with a high photoelectric conversion efficiency, and further has a light transmittance of 90% at a wavelength of 600 nm to 800 nm.
  • the sealing agent layer 7 having excellent transparency is provided on the light incident side of the solar battery cell 4.
  • Example 1 44 ⁇ l of fluorescent substance E560 (manufactured by EVIDOT) consisting of CdSe nanoparticles with an average particle diameter of 8 nm was added to 250 mg of SEBS, and 950 ⁇ l of toluene was added to prepare a sealant.
  • EVIDOT fluorescent substance
  • the absorption spectrum of the fluorescent substance E560 is shown in FIG. 3A.
  • the emission spectrum of the fluorescent material E560 is shown in FIG. 3B.
  • FIG. 3A in the absorption spectrum of the fluorescent substance E560, there is an absorption peak in the wavelength region of 350 nm or less, and the absorption in the wavelength region of 350 nm to 400 nm is larger than the absorption in the wavelength region exceeding 400 nm.
  • FIG. 3B in the emission spectrum of the fluorescent material E560, there is a light emission peak in a wavelength region exceeding 500 nm (near the wavelength of 570 nm).
  • a fluorescent substance DPhP-C4 for dyes shown in [Chemical Formula 1] below was prepared.
  • a solar cell sealant was prepared by adding 194 ⁇ l of DPhP-C4 to 250 mg of SEBS and adding 800 ⁇ l of toluene.
  • the absorption spectrum of this fluorescent substance DPhP-C4 is shown in FIG. 4A.
  • the emission spectrum of the fluorescent substance DPhP-C4 is shown in FIG. 4B. As shown in FIG.
  • the peak position of the emission is in a wavelength region of 500 nm or less (near the wavelength of 480 nm).
  • a solar cell module was prototyped using the sealant prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. Specifically, as shown in FIG. 6, sealing is performed by sandwiching a sealing agent between two transparent protective glasses 12 and 13 on the front surface of a solar cell module 11 including polycrystalline silicon as a photoelectric conversion layer. What formed the agent layer 14 was installed.
  • the sealant layer 14 was formed by applying a sealant with a doctor blade and then sealing in an Ar atmosphere.
  • the thickness of the sealing agent layer 14 was 60 ⁇ m.
  • the size of the photovoltaic cell of the photovoltaic cell module 11 was set to 65 mm ⁇ 41 mm, and the sizes of the transparent protective glasses 12 and 13 were set to 70 mm ⁇ 70 mm.
  • FIG. 7 shows the absorption characteristics (spectral sensitivity) of the solar cell module having such a configuration.
  • curves (a) and (b) show the internal quantum efficiency as the spectral sensitivity of the solar cell module provided with SiN, which is polycrystalline silicon, as the photoelectric conversion layer, and the curve (c) The internal quantum efficiency of the solar cell module not equipped with SiN is shown.
  • the internal quantum efficiency indicates how much the pair of electrons and holes generated by current emits light of the desired wavelength and recombines. The value is specified by the physical property of the material such as 1 and 1 is an ideal value.
  • the internal quantum efficiency (curves (a) and (b)) of the solar cell module including SiN as a photoelectric conversion layer is a solar cell not including SiN. Is larger than the internal quantum efficiency (curve (c)). In a solar cell not provided with SiN, the internal quantum efficiency is drastically reduced particularly at 400 nm or less.
  • the solar cell module has better absorption characteristics (spectral sensitivity) than the case where SiN is not provided by providing SiN which is polycrystalline silicon as a photoelectric conversion layer, particularly in a wavelength region of 400 nm or less. Can be realized.
  • the solar battery cell of Example 1 obtained the best photoelectric conversion efficiency value.
  • the fluorescent substance has an absorption peak in the wavelength range of 350 nm or less, and absorbs light in the wavelength range of 350 nm to 400 nm more than light in the wavelength range of more than 400 nm. It is possible to increase the total amount of light that can be used in the conversion layer, and it is possible to effectively use most of incident sunlight by suppressing light scattering by comprising CdSe nanoparticles having an average particle diameter of 8 nm. It was considered that good photoelectric conversion efficiency values were obtained.
  • Fig. 8 shows the configuration of these prototype solar cell modules.
  • the solar cell module shown in FIG. 8 has a structure in which a polyethylene terephthalate film 23 is bonded to the front surface of a solar cell module 21 using single crystal silicon as a photoelectric conversion layer via a sealant layer 22.
  • the thickness of the sealant layer 22 and the thickness of the polyethylene terephthalate film 23 are both 25 ⁇ m.
  • the size of the solar cell of the solar cell module 21 is 125 mm ⁇ 125 mm
  • the size of the polyethylene terephthalate film 23 is 150 mm ⁇ 150 mm.
  • the solar battery using the sealant of Example 1 has the best photoelectric conversion efficiency.
  • a value was obtained.
  • the fluorescent substance has an absorption peak in a wavelength region of 350 nm or less, and absorbs light in a wavelength region of 350 nm to 400 nm more than light in a wavelength region of more than 400 nm. It is possible to increase the total amount of light that can be used in the conversion layer, and it is possible to effectively use most of incident sunlight by suppressing light scattering by comprising CdSe nanoparticles having an average particle diameter of 8 nm. It was considered that good photoelectric conversion efficiency values were obtained.

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Abstract

　光電変換効率を改善し得る太陽電池用封止剤を提供し、光電変換効率に優れ実用特性に優れた太陽電池を提供する。透明樹脂に蛍光物質が分散又は溶解されてなる太陽電池用封止剤において、蛍光物質は、３５０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の光を４００ｎｍを越える波長域の光よりも多く吸収し、また、平均粒径が２０ｎｍ以下である。この太陽電池用封止剤の波長６００ｎｍ～８００ｎｍにおける光透過率は、９０％以上である。

Description

太陽電池用封止剤及びこれを用いた太陽電池
　本発明は、太陽電池セルの封止に使用する太陽電池用封止剤及びこれを用いた太陽電池に関するものであり、特に、波長変換効果を有する新規な太陽電池用封止剤及びこの太陽電池用封止剤を用いて封止剤層を形成した太陽電池に関する。
　本出願は、日本国において２０１０年２月１８日に出願された日本特許出願番号特願２０１０－３３９０２を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。
　太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池は、ニ酸化炭素等の温室効果ガスを排出する化石燃料に替わり、クリーンな再生可能エネルギーとして注目されている。太陽電池が一般に普及し、電力の一部を賄うことができれば、環境保全上その意義は大きいものとなる。
　このような背景から、各方面で太陽電池の開発が進められている。しかしながら、太陽電池を実用化する上では、エネルギーの変換効率の悪さが大きな問題となっている。すなわち、太陽電池セルは、光電変換を行う際、太陽光のうちの一部の波長の光しか利用できず、このことが変換効率低下の要因となっている。
　この問題を解決する方法の一つとして、太陽電池セルが利用できない短波長域の太陽光を、太陽電池セルが利用可能な長波長域の光に変換し、波長変換物質として蛍光物質等を用いる波長変換技術が提案されている。また、この波長変換技術を利用した太陽電池も提案されている。
　例えば特許文献１には、光電変換層の光入射側に、光電変換層での光電変換効率の低い波長範囲の光を吸収して光電変換効率の高い波長範囲の光を発光する波長変換体の層を光電変換層と平行に配置した太陽電池が開示されている。この特許文献１に記載された太陽電池では、例えば光電変換層と透明保護カバーとの間の透明接着剤層中に波長変換体の微粉末を分散して混入することで波長変換体の層を形成している。
　また、例えば特許文献２には、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールにおいて、照射された光を吸収し、吸収した光を、これよりも長波長の光に変換する波長変換層を有する太陽電池モジュールが開示されている。この特許文献２に記載された太陽電池モジュールでは、波長変換層は、受光面に塗布されて形成されるか、又は太陽電池セルを保護する封止材として形成される。
　また、例えば特許文献３には、光が太陽電池素子に到達するまでの経路中に、酸化物蛍光物質を含む材料を配設した太陽電池が開示されている。ここで、酸化物蛍光物質は、２００～４００ｎｍの波長範囲にある紫外線を４００～１０００ｎｍの波長範囲に変換することができるものである。
特開昭６３－２００５７６号公報 特開平７－２０２２４３号公報 特開２００３－２１８３７９号公報
　しかしながら、これら特許文献１～３に記載された技術に基づいて太陽電池を作製しても、例えば光電変換効率等の点で、必ずしも満足のいく結果が得られていない。その原因の一つとしては、波長変換に使用する蛍光物質の吸収特性、発光特性、太陽光の透過率等に関する検討が不十分であることが挙げられる。
　例えば、特許文献１～３の何れの記載の技術においても、光電変換効率の低い短波長範囲の光を吸収し、これよりも長波長範囲の光を発光することが規定されているが、具体的に蛍光物質がどのような吸収スペクトルを有すれば良いかについてはほとんど検討されていない。特に、光電変換を行う太陽電池セルの前面に形成される封止剤層を波長変換層として利用する場合、波長変換による効率向上を最大限に実現するとともに、封止剤層自体が太陽電池セルの太陽光吸収の妨げにならないように最適化する必要がある。
　本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、従来のものに比べてより高い光電変換効率を実現し得る太陽電池用封止剤及びこれを用いた太陽電池を提供することを目的とする。
　上述の目的を達成するために、本発明の太陽電池用封止剤は、透明樹脂に蛍光物質が分散又は溶解されてなる太陽電池用封止剤であって、前記蛍光物質は、３５０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の光を４００ｎｍを越える波長域の光よりも多く吸収することを特徴とする。
　また、本発明の太陽電池は、光電変換層を有する太陽電池セル上に封止剤層を介して透明保護ガラスが貼り合わされてなる太陽電池であって、前記封止剤層は、透明樹脂に蛍光物質が分散又は溶解されてなる太陽電池用封止剤により形成されており、前記封止剤層に含まれる蛍光物質は、３５０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の光を４００ｎｍを越える波長域の光よりも多く吸収することを特徴とする。
　太陽電池用封止剤に用いられる蛍光物質は、波長変換体として機能するものであり、先の特許文献１～３等にも記載されている通り、光電変換層での光電変換効率の低い短波長域の光を吸収して光電変換効率の高い長波長域の光を発光することが必要である。ただし、単に短波長域（例えば４００ｎｍ以下の波長域）に吸収があればよいというわけではない。例えば、４００ｎｍ以下の波長域に吸収があるとしても４００ｎｍより長波長域にも吸収がある場合、光電変換層における光電変換に必要な光も吸収してしまうことになり、波長変換による効率の向上が相殺され、十分な変換効率が実現できない。本発明の太陽電池用封止剤は、３５０ｎｍ～４００ｎｍの光を４００ｎｍを越える波長域の光より多く吸収する蛍光物質を含有する。これにより、光電変換層が吸収できない光を効率的に光電変換して利用可能とすることができるため、実効的な変換効率の向上を実現することが可能となる。
　また、本発明の太陽電池用封止剤では、このような構成に加えて、蛍光物質の平均粒径を２０ｎｍ以下とし、封止剤の波長６００ｎｍ～８００ｎｍにおける光透過率を９０％以上としてもよい。この場合、封止剤自体が光電変換層への太陽光の到達を妨げることがなく、更なる光電変換効率の向上を実現することが可能となる。蛍光物質を利用して波長変換を行う場合、蛍光物質の粒子が１００ｎｍ以上となると太陽光の散乱等により変換効率が大きく低下することがあり、この問題が、波長変換層を採用した太陽電池が実用化されにくい原因の一つとなっていた。本発明の太陽電池用封止剤は、蛍光物質の平均粒径を２０ｎｍ以下とし、封止剤の波長６００～８００ｎｍにおける光透過率を９０％以上とすることにより、このような問題を解消することが可能となる。
　本発明によれば、直接光電変換に寄与できなかった波長域の光をも光電変換に有効利用できる等、太陽電池の光電変換層において利用可能な光を拡大させることができ、単位面積当たりの光電変換効率が良好な値となる太陽電池を実現することが可能となる。
図１は、単結晶シリコンを光電変換層とする太陽電池セルにおける吸収特性を示す図である。 図２は、太陽電池の概略構成を示す模式的な断面図である。 図３Ａは、蛍光物質ＣｄＳｅナノ粒子の吸収スペクトルを示す図であり、図３Ｂは、蛍光物質ＣｄＳｅナノ粒子の発光スペクトルを示す図である。 図４Ａは、蛍光物質ＤＰｈＰ－Ｃ４の吸収スペクトルを示す図であり、図４Ｂは、蛍光物質ＤＰｈＰ－Ｃ４の発光スペクトルを示す図である。 図５Ａは、蛍光物質ＡＤＳ０８５の吸収スペクトルを示す図であり、図５Ｂは、蛍光物質ＡＤＳ０８５の発光スペクトルを示す図である。 図６は、評価に使用したサンプルセルの一例を示す図であり、多結晶シリコンを光電変換層とする太陽電池セルを用いた評価セルの概略断面図である。 図７は、多結晶シリコンを光電変換層とする太陽電池セルにおける吸収特性を示す図である。 図８は、評価に使用したサンプルセルの一例を示す図であり、単結晶シリコンを光電変換層とする太陽電池セルを用いた評価セルの概略断面図である。
　以下、本発明を適用した太陽電池用封止剤及びこれを用いた太陽電池の実施の形態（以下、「本実施の形態」という。）について、図面を参照して説明する。
　本実施の形態の太陽電池用封止剤は、光電変換層を有する太陽電池セルの前面に配置し、２枚の透明保護ガラス同士を貼り合わせるのに用いられるものであり、接着剤としても機能する透明樹脂に、波長変換体である蛍光物質を分散又は溶解してなるものである。
　蛍光物質は、透過する光に対して波長変換を行うものである。変換効率が高い太陽電池を実現するために、蛍光物質は、光電変換層での光電変換効率の低い短波長域の光を吸収して光電変換効率の高い長波長域の光を発光する必要がある。また、単結晶シリコンや多結晶シリコンからなる光電変換層を有する太陽電池では、多少の相違はあるものの、一般に、５００ｎｍ以下の波長域の光に対して吸収が小さくなり、４００ｎｍ以下の波長域の光に対しては吸収が一段と小さくなる。
　図１は、単結晶シリコンを光電変換層とする太陽電池セルにおける太陽光スペクトルの吸収特性（分光感度特性）を示す図である。図１において（ａ）は太陽電池セルを通常型セルとした場合の分光感度特性であり、（ｂ）は太陽電池セルをＢＳＦ（back surface field；背面電界）型セルとした場合の分光感度特性である。ここで、ＢＳＦ型セルは、セルの裏面にＰ＋型拡散層を設け、ＰＰ＋の電界によりキャリアの再結合による損失を小さくしたものである。図１に示すように、太陽電池セルが通常型、ＢＳＦ型の何れの場合も４００ｎｍ以下の波長域の光に対する吸収特性（分光感度特性）が非常に小さくなる。このため、本実施の形態の太陽電池は、４００ｎｍを超える波長域の光を光電変換している。
　このような観点から、本実施の形態における太陽電池用封止剤に添加する蛍光物質は、４００ｎｍ以下の波長域の光を吸収し、４００ｎｍを超える波長域の光を発光する蛍光物質とすることが好ましい。太陽電池用封止剤にこのような蛍光物質を添加することにより、光電変換層で吸収できない光を波長変換して光電変換層で吸収されることが可能な光とすることができる。
　更に、蛍光物質は、波長域３５０ｎｍ～４００ｎｍの光を、４００ｎｍを越える波長域の光よりも多く吸収するものであることが好ましい。４００ｎｍ以下の波長域の光を吸収していても、４００ｎｍを越える波長域の光を多く吸収する場合には、光電変換層で利用できる光の総量が少なくなってしまうからである。３５０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の光を、４００ｎｍを越える波長域の光よりも多く吸収することにより、光電変換層で利用可能な光（直接光）を減少させることなく、波長変換された光も利用可能となり、その結果、光電変換層で利用できる光の総量を増加させることができる。
　また、蛍光物質は、その吸収スペクトルにおいて、４００ｎｍ以下の波長域にピークを有するとともに、発光スペクトルにおいて、太陽電池の感度が高い４５０ｎｍ以上の波長域にピークを有する蛍光物質であることが好ましい。更に、吸収のピークと発光のピークとの波長の差、すなわちストークシフトは、５０ｎｍより大きいことが好ましい。なお、蛍光物質が量子トッドである場合は、ストークシフトが明確にならない場合もあるが、このようなストークシフトであっても光電変換効率を高める上では効果的である。
　更に、蛍光物質は、このような吸収特性を有するとともに、いわゆるナノ粒子であることが好ましい。具体的に、蛍光物質は、平均粒径が２０ｎｍ以下のナノ粒子であることが好ましい。従来、蛍光物質の平均粒径は、可視光の波長よりも大きく、サブミクロン以上の大きさであることが一般的であった。粒径の大きな蛍光物質を封止剤に使用すると、入射した太陽光が光散乱を起こし、その結果、太陽光の一部が光電変換層に到達しないため、高い光透過率（９０％以上）を実現することは難しく、その結果、光電変換効率を低下させることになる。このような光散乱による光電変換効率の低下は、蛍光物質を用いた波長変換層を採用した太陽電池が実用化され難い理由の一つとなっていた。これに対し、本実施の形態における太陽電池用封止剤では、蛍光物質を平均粒径２０ｎｍ以下のナノ粒子とすることにより、光散乱を抑制し、入射する太陽光の大部分を有効利用することが可能となる。このような特性を有する蛍光物質としては、平均粒径が２０μｍ以下のＣｄＳｅ等のナノ粒子を挙げることができる。
　蛍光物質を分散又は溶解させる透明樹脂は、太陽光を十分に透過可能な透明性を有する樹脂材料であれば任意の樹脂材料とすることができ、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、スチレン系エラストマ樹脂（スチレン・エチレン－ブチレン・スチレン（ＳＥＢＳ））等を挙げることができる。中でも、ＳＥＢＳは、透明性に優れ取り扱い性も良好であり、また、エチレン－酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）のように酸を発生することがなく、蛍光物質に悪影響を及ぼすこともないことから、透明樹脂として特に好ましい。
　太陽電池用封止剤が、ＳＥＢＳに、平均粒径２０ｎｍ以下のナノ粒子からなる蛍光物質を分散又は溶解してなる場合、太陽光の光透過率を９０％以上、特に、波長６００ｎｍ～８００ｎｍでの光透過率を９０％以上、更には波長６００ｎｍ～８００ｎｍでの光透過率を９５％以上とすることができる。
　次に、本実施の形態における太陽電池用封止剤を用いた太陽電池について説明する。図２は、本実施の形態における太陽電池の構成を示す図である。太陽電池１は、一対の透明保護ガラス２，３の間に、本実施の形態における太陽電池用封止剤からなる封止剤層７を形成し、光電変換層を有する太陽電池セル４を封止することにより構成される。太陽電池セル４は、互いに接続配線５により電気的に接続されており、裏面側に設けられたターミナルボックス６より電力が取り出される。
　太陽電池セル４の光電変換層としては、単結晶シリコンを用いたもの、多結晶シリコンを用いたもの、アモルファス（非晶質）シリコンを用いたもの等、公知の光電変換層を適用することが可能である。
　封止剤層７は、透明保護ガラス２と透明保護ガラス３との間に形成される。封止剤層７の外周部は、シール材８を介してフレーム９に固定される。これにより、太陽光は、前面側の透明保護ガラス２及び封止剤層７を透過して太陽電池セル４に入射される。
　太陽電池１は、上述したように、封止剤層７中の蛍光物質として、３５０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の光を４００ｎｍを超える波長域の光よりも多く吸収するものを用いることにより、光電変換層で利用可能な光を減少させることなく、波長変換された光も利用可能となり光電変換層で利用可能な光の総量を増加させることができる。また、この蛍光物質として、平均粒径２０ｎｍ以下のナノ粒子を用いることにより、光散乱を抑制し、入射する太陽光の大部分を有効利用することが可能となる。仮に、封止剤層７にナノ粒子ではなく通常の粒子径の蛍光物質を含有させた場合、光散乱があるために光透過率を９０％以上にすることは難しい。封止剤層７において、蛍光物質として平均粒径２０ｎｍ以下のナノ粒子を用いるとともに、透明樹脂としてＳＥＢＳを用いることで、太陽光の光透過率を９０％以上とすることができる。特に波長６００ｎｍ～８００ｎｍでの光透過率を９０％以上、更には９５％以上とすることができる。これにより、太陽電池１は、太陽電池セル４の光電変換層で十分な量の太陽光を光電変換することができる。
　太陽電池１は、このように、光電変換効率が低い波長域の光を吸収し、且つ光電変換効率の高い波長域の光を発光し、更には波長６００ｎｍ～８００ｎｍにおける光透過率が９０％の透明性に優れた封止剤層７が、太陽電池セル４の光入射側に設けてられている。これにより、光電変換に寄与できなかった波長範囲の光も光電変換に有効に利用することができるとともに光電変換率の高い波長範囲の光も有効に光電変換に利用することができるため、単位面積当たりの発電効率に優れた太陽電池を実現することが可能となる。
　以上、本実施の形態について説明してきたが、本発明は、このような実施の形態に限定されるものでないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　次に、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施例に限定されるものではない。
≪１．多結晶シリコンを光電変換層とする太陽電池セルによる実験例≫
（実施例１）
　２５０ｍｇのＳＥＢＳに、平均粒径８ｎｍのＣｄＳｅナノ粒子からなる蛍光物質Ｅ５６０（EVIDOT社製）を４４μｌ加えるとともに、トルエンを９５０μｌ加えて封止剤を調製した。
　蛍光物質Ｅ５６０の吸収スペクトルを図３Ａに示す。また、蛍光物質Ｅ５６０の発光スペクトルを図３Ｂに示す。図３Ａに示すように、蛍光物質Ｅ５６０の吸収スペクトルにおいては、３５０ｎｍ以下の波長域に吸収のピークがあり、３５０ｎｍ～４００ｎｍの波長域における吸収が４００ｎｍを越える波長域における吸収よりも大きい。また、図３Ｂに示すように、蛍光物質Ｅ５６０の発光スペクトルにおいては、５００ｎｍを越えた波長域（波長５７０ｎｍ付近）に発光のピークがある。
　以下の比較例１、２では、色素用途の蛍光物質を用いた太陽電池用封止剤を調製した。
（比較例１）
　以下の［化１］に示す色素用途の蛍光物質ＤＰｈＰ－Ｃ４を用意した。２５０ｍｇのＳＥＢＳにＤＰｈＰ－Ｃ４を１９４μｌ加えるとともに、トルエンを８００μｌ加えて太陽電池用封止剤を調製した。この蛍光物質ＤＰｈＰ－Ｃ４の吸収スペクトルを図４Ａに示す。また、蛍光物質ＤＰｈＰ－Ｃ４の発光スペクトルを図４Ｂに示す。図４Ａに示すように、蛍光物質ＤＰｈＰ－Ｃ４の吸収スペクトルにおいては、波長４５０ｎｍ付近及び波長４３５ｎｍ付近に吸収のピークがあり、３５０ｎｍ～４００ｎｍの波長域における吸収が４００ｎｍを越える波長域における吸収よりも小さい。また、図４Ｂに示すように、発光スペクトルにおいて、発光のピーク位置は、５００ｎｍ以下の波長域（波長４８０ｎｍ付近）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
（比較例２）
　２５０ｍｇのＳＥＢＳに、以下の［化２］に示す色素用途の蛍光物質ＡＤＳ０８５を４４μｌ加えるとともに、トルエンを９５０μｌ加えて太陽電池用封止剤を調製した。この蛍光物質ＡＤＳ０８５の吸収スペクトルを図５Ａに示す。また、蛍光物質ＡＤＳ０８５の発光スペクトルを図５Ｂに示す。図５Ａに示すように、蛍光物質ＡＤＳ０８５の吸収スペクトルにおいては、波長４１１ｎｍ付近に吸収のピークがあり、３５０ｎｍ～４００ｎｍの波長域における吸収が４００ｎｍを越える波長域における吸収よりも小さい。また、図５Ｂに示すように、蛍光物質ＡＤＳ０８５の発光スペクトルにおいて、発光のピーク位置は、５００ｎｍ以下である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
　次に、実施例１及び比較例１，２で調整した封止剤を用いて太陽電池モジュールを試作した。具体的には、図６に示すように、多結晶シリコンを光電変換層として備えた太陽電池セルモジュール１１の前面に、２枚の透明保護ガラス１２，１３間に封止剤を挟み込んで封止剤層１４を形成したものを設置した。この封止剤層１４は、封止剤をドクターブレードで塗布した後、Ａｒ雰囲気中で封止することにより形成した。封止剤層１４の厚さは６０μｍとした。また、太陽電池セルモジュール１１の太陽電池セルのサイズは６５ｍｍ×４１ｍｍ、透明保護ガラス１２，１３のサイズは７０ｍｍ×７０ｍｍとした。
　このような構成を備えた太陽電池モジュールの吸収特性（分光感度）を図７に示す。この図７において、曲線（ａ）、（ｂ）は、何れも多結晶シリコンであるＳｉＮを光電変換層として備えた太陽電池モジュールの分光感度としての内部量子効率を示し、曲線（ｃ）は、ＳｉＮを備えていない太陽電池モジュールの内部量子効率を示す。ここで、曲線（ａ），（ｃ）は、定数Ｑｆ＝＋５．０×１０１１とするものであり、曲線（ｂ）は定数Ｑｆ＝－２．７×１０１１とするものである。内部量子効率は、電流によって発生する電子と正孔との対が、どの程度目的の波長の光を放射して再結合するかを割合として示すものであり、結晶中の欠陥の濃度、発光機構等の材料の物性によって値が特定され、１を理想な値とする。
　図７に示すように、約６００ｎｍよりも小さい波長域において、ＳｉＮを光電変換層として備えた太陽電池モジュールの内部量子効率（曲線（ａ），（ｂ））は、ＳｉＮを備えていない太陽電池の内部量子効率（曲線（ｃ））よりも大きい。ＳｉＮを備えていない太陽電池では、特に４００ｎｍ以下において急激に内部量子効率が小さくなる。
　このような結果から、太陽電池モジュールは、多結晶シリコンであるＳｉＮを光電変換層として備えることにより、特に４００ｎｍ以下の波長域で、ＳｉＮを備えていない場合よりも良好な吸収特性（分光感度）を実現することができる。
　次に、試作した太陽電池モジュールについて、光電変換効率を計測した。計測結果を［表１］に示す。なお、［表１］において「セル単体」は、２枚の透明保護ガラス１２、１３で挟み込んだ封止剤層１４を設置していない太陽電池セルモジュール１１のみの状態で光電変換効率を計測した場合の計測結果である。また「参照例１」、「参照例２」は、蛍光物質を含まないＳＥＢＳで封止剤層１４を形成した太陽電池モジュールについて光電変換効率を計測した場合の、それぞれ１回目、２回目の計測結果である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　［表１］に示すように、光電変換層として多結晶シリコンを備えた太陽電池セルにおいて、実施例１の太陽電池セルは、最も良好な光電変換効率の値が得られた。このことは、実施例１では、蛍光物質が、３５０ｎｍ以下の波長域に吸収のピークがあり、３５０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の光を４００ｎｍを越える波長域の光よりも多く吸収することにより、光電変換層で利用できる光の総量を増加させることができ、また、平均粒径が８ｎｍのＣｄＳｅナノ粒子からなることにより、光散乱を抑制し、入射する太陽光の大部分を有効利用することができたため、良好な光電変換効率の値が得られたと考えられる。
≪２．単結晶シリコンを光電変換層とする太陽電池セルによる実験例≫
　先の実施例１及び比較例１、２の太陽電池用封止剤の封止剤層を備えるとともに単結晶シリコンを光電変換層とする太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールを試作した。また、［化３］（ａ）、（ｂ）に示す蛍光物質を含有する太陽電池用封止剤を調製し（比較例３とする。）、同様に太陽電池モジュールを試作した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
　図８に、これら試作した太陽電池モジュールの構成を示す。図８に示す太陽電池モジュールは、単結晶シリコンを光電変換層とする太陽電池セルモジュール２１の前面に封止剤層２２を介してポリエチレンテレフタレートフィルム２３を貼り合わせた構造を有するものである。封止剤層２２の厚さ、ポリエチレンテレフタレートフィルム２３の厚さは、何れも２５μｍである。太陽電池セルモジュール２１の太陽電池セルのサイズは１２５ｍｍ×１２５ｍｍであり、ポリエチレンテレフタレートフィルム２３のサイズは１５０ｍｍ×１５０ｍｍである。
　作製した太陽電池２について、光電変換効率を計測した。結果を［表２］に示す。なお、［表２］において、「セル単体」は、封止剤層２２やポリエチレンテレフタレートフィルム２３を設置していない太陽電池セルモジュール２１のみで測定した場合の計測結果であり、「参照例３」は、蛍光物質を含まないＳＥＢＳで封止剤層２２を形成した場合の計測結果である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　［表２］に示す結果から明らかなように、光電変換層として多結晶シリコンを備えた太陽電池セルにおいても、実施例１の封止剤を用いた太陽電池において、最も良好な光電変換効率の値が得られた。このことは、上述したように、蛍光物質が、３５０ｎｍ以下の波長域に吸収のピークがあり、３５０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の光を４００ｎｍを越える波長域の光よりも多く吸収することにより、光電変換層で利用できる光の総量を増加させることができ、また、平均粒径が８ｎｍのＣｄＳｅナノ粒子からなることにより、光散乱を抑制し、入射する太陽光の大部分を有効利用することができたため、良好な光電変換効率の値が得られたと考えられる。
１　太陽電池、２，３　透明保護ガラス、４　太陽電池セル、５　接続配線、６　ターミナルボックス、７　封止剤層、８　シール材、９　フレーム、１１，２１　太陽電池セルモジュール、１２，１３　透明保護ガラス、１４，２２　封止剤層、２３　ポリエチレンテレフタレートフィルム

Claims (10)

  1. 透明樹脂に蛍光物質が分散又は溶解されてなる太陽電池用封止剤であって、
    　前記蛍光物質は、３５０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の光を４００ｎｍを越える波長域の光よりも多く吸収することを特徴とする太陽電池用封止剤。
  2. 前記蛍光物質は、４００ｎｍ以下の波長域に吸収スペクトルのピークを有するとともに、５００ｎｍ以上の波長域に発光スペクトルのピークを有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池用封止剤。
  3. 前記蛍光物質の平均粒径が２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽電池用封止剤。
  4. 波長６００ｎｍ～８００ｎｍにおける光透過率が９０％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の太陽電池用封止剤。
  5. 前記透明樹脂は、スチレン・エチレン－ブチレン・スチレンを含有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の太陽電池用封止剤。
  6. 光電変換層を有する太陽電池セル上に封止剤層を介して透明保護ガラスが貼り合わされてなる太陽電池であって、
    　前記封止剤層は、透明樹脂に蛍光物質が分散又は溶解されてなる太陽電池用封止剤により形成されており、
    　前記蛍光物質は、３５０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の光を４００ｎｍを越える波長域の光よりも多く吸収することを特徴とする太陽電池。
  7. 前記蛍光物質は、４００ｎｍ以下の波長域に吸収スペクトルのピークを有するとともに、５００ｎｍ以上の波長域に発光スペクトルのピークを有することを特徴とする請求項６記載の太陽電池。
  8. 前記蛍光物質の平均粒径が２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６又は７記載の太陽電池。
  9. 前記封止剤層は、波長６００ｎｍ～８００ｎｍにおける光透過率が９０％以上であることを特徴とする請求項６乃至請求項８の何れか１項記載の太陽電池。
  10. 前記透明樹脂は、スチレン・エチレン－ブチレン・スチレンを含有することを特徴とする請求項６乃至請求項９の何れか１項記載の太陽電池。
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