WO2012063651A1 - 太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置 - Google Patents

太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置 Download PDF

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WO2012063651A1
WO2012063651A1 PCT/JP2011/074864 JP2011074864W WO2012063651A1 WO 2012063651 A1 WO2012063651 A1 WO 2012063651A1 JP 2011074864 W JP2011074864 W JP 2011074864W WO 2012063651 A1 WO2012063651 A1 WO 2012063651A1
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light
solar cell
light guide
phosphor
transparent
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PCT/JP2011/074864
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英臣 由井
内田　秀樹
前田　強
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シャープ株式会社
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    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02322—Optical elements or arrangements associated with the device comprising luminescent members, e.g. fluorescent sheets upon the device
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    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/055—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means where light is absorbed and re-emitted at a different wavelength by the optical element directly associated or integrated with the PV cell, e.g. by using luminescent material, fluorescent concentrators or up-conversion arrangements
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • 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 solar cell module and a solar power generation device.
  • the solar power generation device of Patent Document 1 is a window-type solar power generation device that uses a light guide as a window.
  • the phosphor is dispersed inside the light guide, and the light emitted from the phosphor propagates through the light guide and is received by the solar cell element to generate power.
  • the power generation efficiency of the solar cell element varies depending on the wavelength of light incident on the solar cell element. Unless a solar cell element having an appropriate spectral sensitivity characteristic with respect to light emitted from the phosphor is used, a high power generation amount cannot be obtained.
  • a solar cell element having an appropriate spectral sensitivity characteristic with respect to light emitted from the phosphor is used, a high power generation amount cannot be obtained.
  • a blue phosphor with low visibility is used inside the light guide.
  • an amorphous silicon solar cell having sensitivity to blue is used as the solar cell element, but the amorphous silicon solar cell is said to have lower power generation efficiency than a solar cell using a compound semiconductor such as GaAs. . Therefore, there was a limit to the amount of power generated.
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide a solar cell module with high power generation efficiency and a solar power generation device using the solar cell module.
  • a solar cell module includes a solar cell element and a first phosphor. A part of light incident from the outside is absorbed by the first phosphor and emitted from the first phosphor. A light guide for propagating first light toward the solar cell element; and a light guide provided between the light guide and the solar cell element, the first light incident from the light guide being A conversion unit that converts the light into a second light having a higher spectral sensitivity in the solar cell element than the first light and makes the light enter the solar cell element.
  • the light guide part is formed by dispersing the first phosphor in a central part of a transparent light guide, and the conversion part absorbs the first light in an outer peripheral part of the transparent light guide. It may be formed by dispersing a second phosphor that emits the second light.
  • the light guide unit may include a transparent light guide and a phosphor layer provided on a main surface of the transparent light guide and having the first phosphor dispersed therein.
  • the phosphor layer may be a phosphor film in which the first phosphor is dispersed inside a transparent film.
  • the phosphor layer is an adhesive layer in which the first phosphor is dispersed inside a transparent resin that adheres the transparent light guide and a transparent member laminated on the main surface of the transparent light guide. Also good.
  • the conversion unit may be a fluorescent light guide in which a second fluorescent material that absorbs the first light and emits the second light is dispersed.
  • the conversion unit includes an adhesive layer in which a second phosphor that absorbs the first light and emits the second light is dispersed in a transparent resin that bonds the transparent light guide and the solar cell module. It may be.
  • the conversion unit may include a plurality of types of phosphors, and the first light incident on the conversion unit may be converted into the second light step by step by the plurality of types of phosphors.
  • a reflective layer that reflects the second light may be provided on a surface other than the surface facing the solar cell element of the conversion unit.
  • the solar power generation device in one embodiment of the present invention includes the solar cell module in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the solar cell module 1 of the first embodiment.
  • the solar cell module 1 includes a fluorescent light guide 11 and a plurality of solar cell elements 14, 15, 16, and 17 that receive light L3 emitted from the end faces 11B, 11C, 11D, and 11E of the fluorescent light guide 11, It has.
  • the fluorescent light guide 11 is a substantially rectangular plate-like member having a first main surface 11A perpendicular to the Z axis (parallel to the XY plane).
  • the fluorescent light guide 11 includes a light guide unit 12 in which a first phosphor is dispersed and a conversion unit 13 in which a second phosphor is dispersed.
  • the light guide unit 12 is provided at the center of the fluorescent light guide 11, and the conversion unit 13 surrounds the outer periphery of the light guide unit 12 and extends along the four end surfaces 11B, 11C, 11D, and 11E of the fluorescent light guide 11.
  • a portion that overlaps the light guide portion 12 is a light incident surface
  • the four end surfaces 11 ⁇ / b> B, 11 ⁇ / b> C, 11 ⁇ / b> D, and 11 ⁇ / b> E of the fluorescent light guide 11 are light emission surfaces.
  • the light guide unit 12 converts a part of the external light L1 (for example, sunlight) incident on the first main surface 11A into the first light L2 by the first phosphor, and faces the end surfaces 11B, 11C, 11D, and 11E. Propagate.
  • the conversion unit 13 converts the first light L2 incident from the light guide unit 12 into the second light L3 having higher spectral sensitivity in the solar cell elements 14, 15, 16, and 17 than the first light L2 by the second phosphor. And is emitted from the end faces 11B, 11C, 11D, and 11E.
  • Solar cell elements 14, 15, 16, and 17 are provided on the four end surfaces 11B, 11C, 11D, and 11E of the fluorescent light guide 11, respectively.
  • the solar cell elements 14, 15, 16, and 17 are bonded to the end surfaces 11B, 11C, 11D, and 11E of the fluorescent light guide 11 with their light receiving surfaces opposed to the end surfaces 11B, 11C, 11D, and 11E of the fluorescent light guide 11. Has been.
  • solar cell elements 14, 15, 16, and 17 known solar cells such as silicon solar cells, compound solar cells, and organic solar cells can be used.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the solar cell module 1.
  • a first phosphor 71 that absorbs ultraviolet light or visible light included in the external light L1 and emits first light L1 composed of visible light or infrared light.
  • a second phosphor 72 that absorbs visible light or infrared light contained in the first light L2 and emits second light L3 composed of visible light or infrared light is disposed on the outer periphery of the fluorescent light guide 11. Are distributed.
  • visible light is light in a wavelength region of 380 nm to 750 nm
  • ultraviolet light is light in a wavelength region less than 380 nm
  • infrared light is light in a wavelength region larger than 750 nm.
  • the first phosphor 71 a fluorescent material Lumogen F Red 305 (trade name) manufactured by BASF having a peak wavelength of an emission spectrum at 578 nm is used, and as the second phosphor 72, an emission spectrum at 640 nm is used.
  • the solar cell elements 14, 15, 16, and 17 GaAs having high spectral sensitivity with respect to the light L 3 emitted from the second phosphor 72. A solar cell element using is used.
  • the portion of the fluorescent light guide 11 in which the first phosphor 71 is dispersed is the light guide portion 12, and the portion in which the second phosphor 72 is dispersed is the conversion portion 13.
  • the light guide unit 12 and the conversion unit 13 are provided with different types of phosphors 71 and 72 for each region inside a transparent light guide 70 made of a highly transparent organic material or inorganic material such as acrylic resin, polycarbonate resin, or glass. It is formed by dispersing.
  • a part of the external light L1 incident from the first main surface 11A of the fluorescent light guide 11 is absorbed by the first fluorescent material 71 dispersed inside the light guide 12 and converted into the first light L2. .
  • the first light L ⁇ b> 2 emitted from the first phosphor 71 propagates while totally reflecting the inside of the light guide unit 12 and enters the conversion unit 13. Then, the light is absorbed by the second phosphor 72 dispersed inside the conversion unit 13 and converted into the second light L3 to be solar cell elements 14, 15, 16, 17 (in FIG. 2, only the solar cell elements 14, 16). Is shown).
  • the external light L1 includes direct light Ld that is directly incident on the fluorescent light guide 11 from a light source (for example, the sun) and scattered light Ls that is scattered by a cloud or the like and incident on the fluorescent light guide 11.
  • the external light L1 includes light Ld and Ls incident on the fluorescent light guide 11 at various angles. Both of these lights Ld and Ls are absorbed by the first fluorescent material 71 in the fluorescent light guide 11. And converted into the first light L2. Since the light utilization efficiency hardly changes depending on the incident angle, stable power generation is possible.
  • FIG. 3 is a diagram showing the spectrum of sunlight L1 and the absorption spectrum of solar cell elements 14-17.
  • FIG. 4 shows the emission spectrum and solar cell of the first phosphor 71 (BASF Lumogen F Red 305 (trade name)) and second phosphor 72 (NILE BLUE A Perchlorate (CAS registration number 3625-57-8)).
  • FIG. 18 is a diagram showing absorption spectra of elements 14 to 17;
  • the power generation efficiency of the solar cell element varies depending on the wavelength of light incident on the solar cell element.
  • the spectral sensitivity is high for light having a wavelength of 650 nm or more and 850 nm or less, but the spectral sensitivity is low for light having a wavelength of 600 nm or less and 900 nm or more.
  • the spectral sensitivity is high for light having a wavelength of 650 nm or more and 850 nm or less, but the spectral sensitivity is low for light having a wavelength of 600 nm or less and 900 nm or more.
  • sufficient power generation efficiency cannot be obtained for light having a wavelength with low spectral sensitivity.
  • an appropriate material is selected for the first phosphor 71 used for the light guide portion 12 of the fluorescent light guide 11 according to the place where the fluorescent light guide 11 is used, the application, and the like.
  • a material with less color is selected for the first phosphor 71 dispersed inside the light guide portion 12. In such a case, depending on the emission spectrum of the first phosphor 71, sufficient power generation efficiency may not be obtained even when combined with any solar cell element.
  • the first light L2 emitted from the first phosphor 71 is converted into the second light L3 having high spectral sensitivity in the solar cell element.
  • the peak wavelength of the emission spectrum of the first phosphor 71 is 600 nm or less.
  • light of this wavelength is light having low spectral sensitivity in a solar cell element using a GaAs semiconductor. Therefore, the first light is converted into light having a wavelength of 640 nm by the second phosphor 72.
  • Light of this wavelength (second light) is light having high spectral sensitivity in a solar cell element using a GaAs semiconductor. Therefore, it is efficiently converted into electric power by the solar cell element.
  • the first light L ⁇ b> 2 propagating in the light guide unit 12 is transmitted between the light guide unit 12 and the solar cell elements 14, 15, 16, and 17.
  • 15, 15, 16, and 17 are provided with a conversion unit 13 for converting into the second light L 3 having high spectral sensitivity. Therefore, the light L3 incident on the solar cell elements 14, 15, 16, and 17 can be efficiently contributed to power generation, and high power generation efficiency is obtained.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the solar cell module 2 of the second embodiment. Constituent elements common to the solar cell module 1 of the first embodiment in the solar cell module 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the solar cell module 2 is disposed on the transparent light guide 22, the fluorescent film 23 bonded to the first main surface 22A of the transparent light guide 22, and the end surfaces 22B, 22C, 22D, and 22E of the transparent light guide 22.
  • the fluorescent film 23 is a film-like phosphor layer in which the first phosphor is dispersed.
  • the fluorescent film 23 converts part of the external light L1 (for example, sunlight) incident on the first main surface 23A into the first light L2 by the first fluorescent material, and radiates it toward the transparent light guide 22.
  • L1 for example, sunlight
  • the transparent light guide 22 is a substantially rectangular plate-like member having a first main surface 21A perpendicular to the Z-axis (parallel to the XY plane).
  • the transparent light guide 22 is made of a highly transparent material that does not contain a phosphor. Part of the first light L2 radiated from the fluorescent film 23 propagates toward the end surfaces 22B, 22C, 22D, and 22E of the transparent light guide 22 while totally reflecting the inside of the transparent light guide 22.
  • Stick-shaped fluorescent light guides 24, 25, 26, and 27 extending along the end surfaces are bonded to the four end surfaces 22B, 22C, 22D, and 22E of the transparent light guide 22, respectively.
  • a second fluorescent material is dispersed inside the fluorescent light guides 24, 25, 26, and 27.
  • the fluorescent light guides 24, 25, 26, and 27 are solar cells that use the second phosphor to cause the first light L 2 incident from the end faces 22 B, 22 C, 22 D, and 22 E of the transparent light guide 22 to be more solar cells. In the elements 14, 15, 16, and 17, the light is converted into the second light L3 having high spectral sensitivity, and emitted from the end faces 24B, 25B, 26B, and 27B.
  • Solar cell elements 14, 15, 16, and 17 are provided on the end surfaces 24B, 25B, 26B, and 27B of the fluorescent light guides 24, 25, 26, and 27, respectively.
  • the solar cell elements 14, 15, 16, and 17 have the light receiving surfaces opposed to the end surfaces 24 B, 25 B, 26 B, and 27 B of the fluorescent light guides 24, 25, 26, and 27, and the fluorescent light guides 24, 25, 26, and 27 are bonded to the end faces 24B, 25B, 26B, and 27B.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the solar cell module 2.
  • the fluorescent film 23 includes a first phosphor 74 that absorbs ultraviolet light or visible light included in the external light L1 and emits first light L1 composed of visible light or infrared light inside the transparent film 73. It is dispersed.
  • the fluorescent film 23 is formed, for example, by thinly spreading an acrylic resin having a first phosphor 74 dispersed therein to a thickness of about 0.1 mm.
  • a fluorescent material Lumogen F Red 305 (trade name) manufactured by BASF having a peak wavelength of an emission spectrum at 578 nm is used.
  • the transparent light guide 22 is made of a highly transparent organic or inorganic material such as acrylic resin, polycarbonate resin, or glass.
  • the transparent light guide 22 is made of a highly transparent material that does not contain a phosphor. However, unless the phosphor is intentionally dispersed for the purpose of wavelength conversion inside the transparent light guide 22 It may be made of a material that contains some phosphor and is not completely transparent.
  • the fluorescent light guides 24, 25, 26, and 27 are provided in the first light L2 inside a rod-shaped transparent light guide 75 made of a highly transparent organic material or inorganic material such as acrylic resin, polycarbonate resin, or glass.
  • a second phosphor 76 that absorbs visible light or infrared light contained therein and emits second light L3 composed of visible light or infrared light is dispersed.
  • a fluorescent substance NILE BLUE A Perchlorate (CAS registration number 3625-57-8) having a peak wavelength of an emission spectrum at 640 nm is used as the second phosphor 76.
  • Part of the external light L1 incident from the first main surface 23A of the fluorescent film 23 is absorbed by the first phosphor 74 dispersed inside the fluorescent film 23 and converted into the first light L2.
  • the first light L2 emitted from the first phosphor 74 propagates while totally reflecting the inside of the transparent light guide 22, and the fluorescence light guides 24, 25, 26, and 27 (in FIG. 6, the fluorescence light guide 24). , 26 is shown).
  • distributed inside the fluorescent light guide 24, 25, 26, 27, is converted into the 2nd light L3, and the solar cell elements 14, 15, 16, 17 (FIG. 6). , Only the solar cell elements 14 and 16 are shown).
  • the fluorescent film 23 and the transparent light guide 22 absorb a part of the external light L ⁇ b> 1 with the first phosphor 74 and the first light L ⁇ b> 2 emitted from the first phosphor 74 is solar cell. It functions as a light guide 28 that propagates toward the elements 14, 15, 16, and 17.
  • the fluorescent light guides 24, 25, 26, and 27 absorb the first light L2 incident from the light guide unit 28 by the second fluorescent material 76, and the second light L3 emitted from the second fluorescent material 76. It functions as the conversion part 29 which injects into the solar cell element 14,15,16,17.
  • the first light L ⁇ b> 2 emitted from the fluorescent film 22 passes through the inside of the transparent light guide 22. It propagates without being absorbed by the phosphor.
  • part of the first light L2 propagating through the light guide unit 12 is absorbed by the first phosphor 71 dispersed inside the light guide unit 12. , Loss.
  • the solar cell module 2 of the second embodiment since the loss due to such self-absorption is small, almost all the first light L2 radiated from the fluorescent film 23 is incident on the conversion unit 29. Therefore, the solar cell module 2 with high power generation efficiency is provided.
  • a fluorescent member is formed into a film and adhered to the first main surface 22 ⁇ / b> A of the transparent light guide 22. Therefore, maintenance is possible only by replacing the fluorescent film 23. For example, when the fluorescent film 23 is torn or the color of the fluorescent film 23 is changed, the fluorescent film 23 may be replaced with another fluorescent film.
  • the fluorescent light guides 24, 25, 26, and 27 can also be maintained by peeling off the transparent light guide 22 and adhering another fluorescent light guide.
  • the light guide 28 and the converter 29 are composed of three types of members (fluorescent film 23, transparent light guide 22, fluorescent light guides 24, 25, 26, 27). Compared to the case where these are integrated and configured as a single member as in the solar cell module 1 of one embodiment, replacement for each member is possible, and maintenance costs are also reduced.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of the solar cell module 3 of the third embodiment. Constituent elements common to the solar cell module 1 of the first embodiment in the solar cell module 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the solar cell module 3 includes a fluorescent light guide 31 and a plurality of solar cell elements 34, 35, 36, and 37 that receive the light L3 emitted from the end faces 31B, 31C, 31D, and 31E of the fluorescent light guide 31, Reflective layers 38 and 39 covering the outer periphery of the fluorescent light guide 31.
  • the fluorescent light guide 31 is a substantially rectangular plate-like member having a first main surface 31A perpendicular to the Z axis (parallel to the XY plane).
  • the fluorescent light guide 31 includes a light guide part 32 in which the first fluorescent material is dispersed and a conversion part 33 in which the second fluorescent material is dispersed.
  • the light guide 32 is provided in the central part of the fluorescent light guide 31, and the converter 33 surrounds the outer periphery of the light guide 32 and extends along the four end surfaces 31B, 31C, 31D, 31E of the fluorescent light guide 31.
  • a portion of the first main surface 31A of the fluorescent light guide 31 that overlaps the light guide 32 is a light incident surface, and the four end surfaces 31B, 31C, 31D, and 31E of the fluorescent light guide 31 are light emission surfaces.
  • the light guide unit 32 converts a part of the external light L1 (for example, sunlight) incident on the first main surface 31A into the first light L2 by the first phosphor, and faces the end surfaces 31B, 31C, 31D, and 31E. Propagate.
  • the converter 33 converts the first light L2 incident from the light guide 32 into the second light L3 having higher spectral sensitivity in the solar cell elements 34, 35, 36, and 37 than the first light L2 by the second phosphor. And is emitted from the end faces 31B, 31C, 31D, 31E.
  • Solar cell elements 34, 35, 36, and 37 are provided on the four end faces 31B, 31C, 31D, and 31E of the fluorescent light guide 31, respectively.
  • the solar cell elements 34, 35, 36, and 37 are bonded to the end surfaces 31B, 31C, 31D, and 31E of the fluorescent light guide 31 with their light receiving surfaces opposed to the end surfaces 31B, 31C, 31D, and 31E of the fluorescent light guide 31. Has been.
  • solar cell elements 34, 35, 36, and 37 known solar cells such as silicon solar cells, compound solar cells, and organic solar cells can be used.
  • Reflective layers 38 and 39 for suppressing light leakage from the first main surface 31A and the second main surface 31F are provided on the outer peripheral portion of the fluorescent light guide 31.
  • the reflective layers 38 and 39 are fluorescent light guides so as to cover surfaces other than the surface of the conversion unit 33 facing the solar cell elements 34, 35, 36, and 37 and the side surfaces of the solar cell elements 34, 35, 36, and 37.
  • 31 is provided in a rectangular frame shape along the four end faces 31B, 31C, 31D, 31E.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the solar cell module 3.
  • a first phosphor 78 that absorbs ultraviolet light or visible light included in the external light L1 and emits first light L1 composed of visible light or infrared light.
  • a second phosphor 79 that absorbs visible light or infrared light contained in the first light L ⁇ b> 2 and emits second light L ⁇ b> 3 composed of visible light or infrared light is disposed on the outer periphery of the fluorescent light guide 31. Are distributed.
  • a fluorescent material Lumogen F Violet 570 (trade name) manufactured by BASF having a peak wavelength of the emission spectrum at 413 nm is used, and as the second phosphor 79, the emission spectrum at 528 nm is used.
  • a fluorescent material Lumogen F Yellow 170 (trade name) manufactured by BASF having a peak wavelength is used.
  • the solar cell elements 34, 35, 36, and 37 (only the solar cell elements 34 and 36 are shown in FIG. 8), an amorphous material having high spectral sensitivity with respect to the light L ⁇ b> 3 emitted from the second phosphor 79.
  • a solar cell element using silicon is used.
  • the portion of the fluorescent light guide 31 in which the first phosphor 78 is dispersed is the light guide portion 32, and the portion in which the second phosphor 79 is dispersed is the conversion portion 33.
  • the light guide unit 32 and the conversion unit 33 are provided with different types of phosphors 78 and 79 for each region inside a transparent light guide 77 made of a highly transparent organic material or inorganic material such as acrylic resin, polycarbonate resin, or glass. It is formed by dispersing.
  • a part of the external light L1 incident from the first main surface 31A of the fluorescent light guide 31 is absorbed by the first fluorescent material 78 dispersed inside the light guide 32 and converted into the first light L2. .
  • the first light L ⁇ b> 2 emitted from the first phosphor 78 propagates through the light guide 32 while being totally reflected, and enters the conversion unit 33. Then, the light is absorbed by the second phosphor 79 dispersed inside the conversion unit 33, converted into the second light L3, and the solar cell elements 34, 35, 36, 37 (in FIG. 8, only the solar cell elements 34, 36). Is shown).
  • the second light L3 radiated from the second phosphor 79 propagates toward the end face of the fluorescence light guide 31 while totally reflecting the inside of the converter 33.
  • the second light L3 incident on the first main surface 31A and the second main surface 31F of the fluorescent light guide 31 at an angle that does not satisfy the total reflection condition is reflected by the reflection layers 38 and 39 and passes through the inside of the conversion unit 33. Propagate. Therefore, light leakage from the first main surface 31A and the second main surface 31F is suppressed, and the second light L3 is efficiently incident on the solar cell element.
  • FIG. 9 is a schematic view of a window type solar cell module using the light guide portion 32 of the solar cell module 3 as a window.
  • FIG. 10 is a diagram showing the wavelength dependence of the emission spectrum and the visibility when the fluorescent material LumogengF Blue 650 (trade name) manufactured by BASF is used as the first phosphor.
  • FIG. 11 shows emission spectra and solar cell elements (amorphous silicon solar cells) of the first phosphor (BASF Lumogen F Violet 570 (trade name)) and second phosphor (BASF Lumogen F Yellow 170 (trade name)). It is a figure which shows the absorption spectrum of a battery.
  • the solar cell module 3 includes a window frame 30 that holds the outer periphery of the fluorescent light guide 31. Only the light guide portion 32 of the fluorescent light guide 31 is exposed at the opening 30 ⁇ / b> H of the window frame 30, and the reflection layers 38 and 39 shown in FIG. 7 are covered with the window frame 30.
  • the converter 33 and the solar cell elements 34, 35, 36, and 37 shown in FIG. 7 are disposed inside the window frame 30 together with the reflective layers 38 and 39, and are not exposed to the outside. Only the light guide 32 is visible as a window.
  • a first phosphor having a peak wavelength of the emission spectrum at 413 nm (Lumogen F Blue 650 (trade name) manufactured by BASF) is dispersed in the light guide unit 32, for example.
  • the emission peak of the first phosphor is located in a wavelength region where the visibility of human eyes is low. For this reason, the human eye hardly recognizes the coloration of the light guide section 32 and becomes a highly transparent window.
  • FIG. 11 shows an example in which a fluorescent material Lumogen F Violet 570 (trade name) manufactured by BASF having a peak wavelength of an emission spectrum near 380 nm is used as the first phosphor.
  • the emission peak of this fluorescent material is also located in a wavelength region where the visibility of the human eye is low.
  • emitted from the light guide part is converted into the 2nd light which has the peak wavelength of an emission spectrum, for example at 528 nm by the 2nd fluorescent substance provided in the conversion part.
  • the emission peak of the second phosphor is located in a wavelength region having high spectral sensitivity in a solar cell element using amorphous silicon. Therefore, a solar cell module having high power generation efficiency can be obtained.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of the solar cell module 4 of the fourth embodiment. Constituent elements common to the solar cell module 1 of the first embodiment and the solar cell module 2 of the second embodiment in the solar cell module 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the solar cell module 4 includes a transparent light guide 22, a transparent member 42 bonded to the first main surface 22A of the transparent light guide 22 via a first adhesive layer 43, an end face 22B of the transparent light guide 22, A plurality of solar cells that are bonded to 22C, 22D, and 22E via the second adhesive layers 44, 45, 46, and 47 and receive the light L3 emitted from the end faces 22B, 22C, 22D, and 22E of the transparent light guide 22. And elements 14, 15, 16, and 17.
  • the first phosphor is dispersed inside the first adhesive layer 43.
  • the first adhesive layer 43 converts part of the external light L1 (for example, sunlight) incident from the first main surface 42A of the transparent member 42 into the first light L2 by the first phosphor, and the transparent light guide 22 Radiates toward The transparent member 42 is a protective member that protects the surface of the transparent light guide 22.
  • the first adhesive layer 43 is provided on the entire portion of the transparent light guide 22 facing the transparent member 42.
  • the transparent light guide 22 is a substantially rectangular plate-like member having a first main surface 21A perpendicular to the Z-axis (parallel to the XY plane).
  • the transparent light guide 22 is made of a highly transparent material that does not contain a phosphor. A part of the first light L2 emitted from the first adhesive layer 43 propagates toward the end faces 22B, 22C, 22D, and 22E of the transparent light guide 22 while totally reflecting the inside of the transparent light guide 22. .
  • the second phosphor is dispersed inside the second adhesive layers 44, 45, 46, and 47.
  • the second adhesive layers 44, 45, 46, 47 are solar cells that cause the first light L 2 incident from the end faces 22 B, 22 C, 22 D, 22 E of the transparent light guide 22 to be more solar cell than the first light L 2 by the second phosphor.
  • the elements 14, 15, 16, and 17 are converted into the second light L ⁇ b> 3 having high spectral sensitivity, and are emitted toward the solar cell elements 14, 15, 16, and 17.
  • the second adhesive layers 44, 45, 46, 47 are provided on the entire portion of the transparent light guide 22 facing the solar cell elements 14, 15, 16, 17.
  • Solar cell elements 14, 15, 16, and 17 are provided on the end surfaces 22 ⁇ / b> B, 22 ⁇ / b> C, 22 ⁇ / b> D, and 22 ⁇ / b> E of the transparent light guide 22.
  • the solar cell elements 14, 15, 16, and 17 have the light-receiving surfaces opposed to the end surfaces 24 B, 25 B, 26 B, and 27 B of the fluorescent light guides 24, 25, 26, and 27, and the second adhesive layers 44, 45, 46, 47 is adhered to the end faces 24B, 25B, 26B, 27B of the fluorescent light guides 24, 25, 26, 27.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the solar cell module 4.
  • the first adhesive layer 43 absorbs ultraviolet light or visible light included in the external light L1 and emits first light L1 composed of visible light or infrared light inside the transparent resin 80.
  • 81 is a phosphor layer in which 81 is dispersed.
  • the first adhesive layer 43 is formed, for example, by uniformly spreading a phenol-based thermosetting adhesive having the first phosphor 81 dispersed therein to a thickness of about 0.1 mm.
  • a fluorescent material Lumogen F Red 305 (trade name) manufactured by BASF having a peak wavelength of an emission spectrum at 578 nm is used.
  • the second adhesive layers 44, 45, 46, 47 absorb the visible light or infrared light contained in the first light L ⁇ b> 2 inside the transparent resin 82, and the second light composed of visible light or infrared light.
  • the second phosphor 83 that emits L3 is dispersed.
  • the second adhesive layers 44, 45, 46, 47 are formed, for example, by uniformly spreading a phenol thermosetting adhesive having the second phosphor 83 dispersed therein to a thickness of about 0.1 mm.
  • a fluorescent material NILE BLUE A Perchlorate (CAS registration number 3625-57-8) having a peak wavelength of an emission spectrum at 640 nm is used.
  • an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin can be used as the transparent resins 80 and 82.
  • an ultraviolet curable resin is used as the transparent resins 80 and 82, matching with the phosphors 81 and 83 may be poor and light emission may be weakened.
  • the thermosetting resin is used as the transparent resins 80 and 82. May be used.
  • epoxy resin, urea resin, melamine resin and the like can be used in addition to phenol resin.
  • the transparent light guide 22 is made of a highly transparent organic or inorganic material such as acrylic resin, polycarbonate resin, or glass.
  • the transparent light guide 22 is made of a highly transparent material that does not contain a phosphor, but if the phosphor is not intentionally dispersed for the purpose of wavelength conversion inside the transparent light guide 22, It may be made of a material that includes some phosphor and is not completely transparent.
  • the transparent member 42 is made of a highly transparent organic or inorganic material such as polyester resin or glass.
  • the transparent member 42 is made of a highly transparent material that does not contain a phosphor. However, if the phosphor is not intentionally dispersed for the purpose of wavelength conversion inside the transparent member 42, some phosphors are used. And may be made of a material that is not completely transparent.
  • the transparent member 42 is configured as, for example, a transparent film member, but an inflexible plate member such as glass may be used as the transparent member 42.
  • a part of the external light L1 incident from the first main surface 42A of the transparent member 42 is absorbed by the first phosphor 81 dispersed inside the first adhesive layer 43 and converted into the first light L2.
  • the first light L2 radiated from the first phosphor 81 propagates in the transparent light guide 22 while being totally reflected, and the second adhesive layers 44, 45, 46, 47 (in FIG. 13, the second adhesive layer 44). , 46 are shown).
  • the transparent member 42, the first adhesive layer 43, and the transparent light guide 22 absorb a part of the external light L ⁇ b> 1 by the first phosphor 81 and are emitted from the first phosphor 81.
  • the light L ⁇ b> 2 functions as a light guide 48 that propagates toward the solar cell elements 14, 15, 16, and 17.
  • the second adhesive layers 44, 45, 46, and 47 absorb the first light L ⁇ b> 2 incident from the light guide unit 48 by the second phosphor 83 and the second light L ⁇ b> 3 emitted from the second phosphor 83. It functions as the conversion part 49 which injects into the solar cell elements 14, 15, 16, and 17.
  • the first light L ⁇ b> 2 emitted from the first adhesive layer 43 is transparent. It propagates through the inside of the light body 22 without being absorbed by the first phosphor.
  • part of the first light L2 propagating through the light guide unit 12 is absorbed by the first phosphor 71 dispersed inside the light guide unit 12. , Loss.
  • the solar cell module 4 of the fourth embodiment there is little loss due to such self-absorption, so that almost all the first light L2 emitted from the first adhesive layer 43 is incident on the conversion unit 49. Therefore, the solar cell module 4 with high power generation efficiency is provided.
  • the second phosphor 83 is dispersed inside the second adhesive layers 44, 45, 46, and 47 that bond the transparent light guide 22 and the solar cell elements 14, 15, 16, and 17, and conversion is performed. It is used as part 49. Therefore, compared with what uses the 2nd light guide 24,25,26,27 separately as the conversion part 29 like the solar cell module 2 of 2nd Embodiment, a member number can be decreased. Further, since the adhesive layer for adhering the second light guide 24, 25, 26, 27 and the transparent light guide 22 can be omitted, the loss of light due to the adhesive layer is eliminated, and the power generation efficiency is further improved.
  • the second adhesive layers 44, 45, 46, and 47 are thinner than the second light guides 24, 25, 26, and 27, the second light guides 24, 25, 26, and 27 have a second thickness.
  • the amount of the second phosphor used can be reduced as compared with the case where two phosphors are dispersed. Therefore, member cost is reduced.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view of the solar cell module 5 of the fifth embodiment. Constituent elements common to the solar cell module 1 of the first embodiment in the solar cell module 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the solar cell module 5 includes a fluorescent light guide 51, a plurality of fluorescent light guides 54, 55, 56, and 57 disposed on end faces 51 ⁇ / b> B, 51 ⁇ / b> C, 51 ⁇ / b> D, and 51 ⁇ / b> E of the fluorescent light guide 51, and a fluorescent light guide. And a plurality of solar cell elements 61, 62, 63, 64 for receiving the light L3 emitted from the end faces 54B, 55B, 56B, 57B of 54, 55, 56, 57.
  • the fluorescent light guide 51 is a substantially rectangular plate-like member having a first main surface 51A perpendicular to the Z axis (parallel to the XY plane).
  • the fluorescent light guide 51 includes a light guide unit 52 in which a first phosphor is dispersed and a first conversion unit 53 in which a second phosphor is dispersed.
  • the light guide 52 is provided in the central portion of the fluorescent light guide 51, and the first converter 53 surrounds the outer periphery of the light guide 52 and includes four end surfaces 51B, 51C, 51D, 51E of the fluorescent light guide 51.
  • a portion of the first main surface 51A of the fluorescent light guide 51 that overlaps the light guide 52 is a light incident surface, and the four end surfaces 51B, 51C, 51D, and 51E of the fluorescent light guide 51 are light emission surfaces.
  • the light guide unit 52 converts a part of the external light L1 (for example, sunlight) incident on the first main surface 51A into the first light L2 by the first phosphor, and faces the end surfaces 51B, 51C, 51D, and 51E. Propagate.
  • the first conversion unit 53 converts the first light L2 incident from the light guide unit 52 into the third light L4 by the second phosphor, and emits the light from the end surfaces 51B, 51C, 51D, and 51E.
  • Stick-shaped fluorescent light guides 54, 55, 56, and 57 extending along the end surfaces are bonded to the four end surfaces 51B, 51C, 51D, and 51E of the fluorescent light guide 51, respectively.
  • a third fluorescent material is dispersed inside the fluorescent light guides 54, 55, 56, and 57.
  • the fluorescent light guides 54, 55, 56, and 57 are solar cells that cause the third light L 4 incident from the end faces 51 B, 51 C, 51 D, and 51 E of the fluorescent light guide 51 to be more solar cells than the first light L 2.
  • the second conversion unit converts the light 61 having high spectral sensitivity into the second light L3 with the elements 61, 62, 63, and 64 and emits the light from the end faces 54B, 55B, 56B, and 57B.
  • Solar cell elements 61, 62, 63, and 64 are provided on end surfaces 54B, 55B, 56B, and 57B of the fluorescent light guides 54, 55, 56, and 57, respectively.
  • the solar cell elements 14, 15, 16, and 17 have the light receiving surfaces opposed to the end surfaces 54 B, 55 B, 56 B, and 57 B of the fluorescent light guides 54, 55, 56, 57, and the fluorescent light guides 54, 55, 56, 57.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the solar cell module 5.
  • a first phosphor 85 that absorbs ultraviolet light or visible light included in the external light L1 and emits first light L1 composed of visible light or infrared light.
  • a second phosphor 86 that absorbs visible light or infrared light contained in the first light L ⁇ b> 2 and emits third light L ⁇ b> 4 composed of visible light or infrared light on the outer periphery of the fluorescent light guide 51. are distributed.
  • a fluorescent material Lumogen F Violet 570 (trade name) manufactured by BASF having a peak wavelength of the emission spectrum at 413 nm is used, and as the second phosphor 86, the emission spectrum at 528 nm is used.
  • a fluorescent material Lumogen F Yellow 170 (trade name) manufactured by BASF having a peak wavelength is used.
  • the portion of the fluorescent light guide 51 in which the first phosphor 85 is dispersed is the light guide portion 52, and the portion in which the second phosphor 86 is dispersed is the first conversion portion 53.
  • the light guide unit 52 and the first conversion unit 53 include different types of phosphors 85 in each region within a transparent light guide 84 made of a highly transparent organic or inorganic material such as acrylic resin, polycarbonate resin, or glass. It is formed by dispersing 86.
  • Fluorescent light guides 54, 55, 56 and 57 are bonded to the end face of the fluorescent light guide 51 as a second conversion unit. .
  • the fluorescent light guides 54, 55, 56, and 57 are provided in the third light L4 inside a rod-shaped transparent light guide 87 made of an organic material or an inorganic material having high transparency such as acrylic resin, polycarbonate resin, or glass.
  • a third phosphor 88 that absorbs visible light or infrared light contained therein and emits second light L3 composed of visible light or infrared light is dispersed.
  • a fluorescent material Lumogen F Orange 240 (trade name) manufactured by BASF having a peak wavelength of an emission spectrum at 539 nm is used.
  • the first light L2 incident from the light guide 52 is more solar cell element 61 than the first light L2 by the first light conversion part 53 and the fluorescent light guides 54, 55, 56, 57 as the second conversion part.
  • , 62, 63, 64 are converted into second light L ⁇ b> 3 having high spectral sensitivity and are made to enter the solar cell elements 61, 62, 63, 64.
  • the first conversion 53 and the second conversion unit (fluorescent light guides 54, 55, 56, 57) constituting the conversion unit 58 have a small peak wavelength of the emission spectrum of the phosphors 86, 88 dispersed therein.
  • the solar cell elements 61, 62, 63 from the light guide 52 side are arranged on the light guide unit 52 side so that those having a large emission spectrum peak wavelength are arranged on the solar cell elements 61, 62, 63, 64 side. , 64 in order.
  • the first light L2 incident on the conversion unit 58 is converted into the second light L3 step by step by the plurality of types of phosphors 86 and 88.
  • solar cell elements 61, 62, 63, 64 solar cell elements using amorphous silicon having high spectral sensitivity with respect to the light L3 emitted from the third phosphor 88 are used.
  • a part of the external light L1 incident from the first main surface 51A of the fluorescent light guide 51 is absorbed by the first fluorescent material 85 dispersed inside the light guide 52 and converted into the first light L2. .
  • the first light L ⁇ b> 2 emitted from the first phosphor 85 propagates through the light guide 52 while being totally reflected, and enters the first converter 53.
  • the light is absorbed by the second phosphor 86 dispersed inside the first converter 53, converted into the third light L4, and enters the fluorescent light guides 54, 55, 56, and 57.
  • the light is absorbed by the second phosphor 88 dispersed inside the fluorescent light guides 54, 55, 56, 57, converted into the second light L3, and incident on the solar cell elements 61, 62, 63, 64. .
  • FIG. 16 shows absorption spectra of the second phosphor 86 (Lumogen® F Yellow® 170 (trade name) manufactured by BASF) and the third phosphor 88 (Lumogen F Orange 240 (trade name) manufactured by BASF) included in the conversion unit. It is a figure which shows an emission spectrum.
  • the second phosphor 86 converts light with a wavelength of 420 nm to 470 nm into light with a wavelength of 470 nm to 570 nm
  • the third phosphor 88 converts light with a wavelength of 470 n to 530 nm into a wavelength of 570 nm to 650 nm. Convert to light.
  • the wavelength region showing high emission intensity in the second phosphor 86 and the wavelength region showing high absorption intensity in the third phosphor 88 are substantially the same. For this reason, the light emitted from the second phosphor 86 is efficiently absorbed by the third phosphor 88 and converted into light on the long wavelength side.
  • FIG. 16 shows the case where wavelength conversion is performed in two steps using two types of phosphors, but the same applies to the case where wavelength conversion is performed in three steps or more using three or more types of phosphors.
  • the wavelength of light can be converted in a plurality of stages. If wavelength conversion is performed in a plurality of stages using a plurality of types of phosphors, a larger wavelength conversion is possible than when wavelength conversion is performed using only one type of phosphor.
  • the first light L2 incident on the conversion unit 58 is converted into the second light L3 step by step using a plurality of types of phosphors 86 and 88.
  • the wavelength of the second light L3 can be controlled in a wide wavelength range. Therefore, the selection range of the solar cell elements 61, 62, 63, 64 is widened, and high power generation efficiency can be obtained.
  • a reflective layer that reflects the second light L ⁇ b> 3 may be provided on a surface other than the surface facing the solar cell element of the conversion unit.
  • the conversion unit includes a plurality of types of phosphors, and the first light L ⁇ b> 2 incident on the conversion unit is generated by the plurality of types of phosphors You may convert into the 2nd light L3 in steps.
  • solar cell elements are provided on the four end surfaces of the light guide, respectively, but the solar cell elements may be provided on at least one end surface of the light guide. . In this case, it is preferable to provide a reflective layer on the end face of the light guide where the solar cell element is not disposed so that light does not leak.
  • Lumogen F Red 305 (trade name), NILE BLUE A A Perchlorate (CAS registration number 3625-57-8), Lumogen F Violet 570 (Product name), Lumogen F Yellow 170 (product name), and Lumogen F Orange 240 (product name) are shown, but the phosphor is not limited to this.
  • the material of the solar cell element to be used is not limited to that of the embodiment. The following is mentioned as a suitable combination of the material of the fluorescent substance which radiates
  • the left side is a phosphor material, and the right side is a suitable solar cell element material.
  • Lumogen f Yellow 083 (trade name, manufactured by BASF) ... Amorphous silicon solar cell
  • Lumogen F Yellow 170 (product name, manufactured by BASF) ...
  • Amorphous silicon solar cell (3)
  • Lumogen F Red 305 (BASF company)
  • Product name: Polycrystalline silicon solar cell (4)
  • Lumogen F Violet 570 (trade name, manufactured by BASF) ... Dye-sensitized solar cell.
  • FIG. 17 is a schematic configuration diagram of the solar power generation device 1000.
  • the photovoltaic power generation apparatus 1000 includes a solar cell module 1001 that converts sunlight energy into electric power, an inverter (DC / AC converter) 1004 that converts DC power output from the solar cell module 1001 into AC power, A storage battery 1005 that stores DC power output from the battery module 1001.
  • a solar cell module 1001 that converts sunlight energy into electric power
  • an inverter (DC / AC converter) 1004 that converts DC power output from the solar cell module 1001 into AC power
  • a storage battery 1005 that stores DC power output from the battery module 1001.
  • the solar cell module 1001 includes a light guide body 1002 that collects sunlight, and a solar cell element 1003 that generates power using sunlight collected by the light guide body 1002.
  • the solar cell module 1001 for example, the solar cell modules 1, 2, 3, 4, and 5 described in the first to fifth embodiments are used.
  • the solar power generation apparatus 1000 supplies power to the external electronic device 1006.
  • the electronic device 1006 is supplied with power from the auxiliary power source 1007 as necessary.
  • the photovoltaic power generation apparatus 1000 includes the above-described solar cell module according to the present invention, the photovoltaic power generation apparatus 1000 has a high power generation efficiency.
  • the aspect of the present invention can be used for a solar cell module and a solar power generation device.
  • 2nd fluorescent substance 87 ... Transparent light guide, 88 ... 3rd Phosphor, 1000 ...
  • Solar power generation device 1001 ... Solar cell module, L1 ... Light from outside, L2 ... First light, L3 ... Second light, L4 ... Third light

Landscapes

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Abstract

　本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子と、色味が少なく、その蛍光が視感度の低い光を放射する第１蛍光体を含み、外部から入射した光の一部を前記第１蛍光体によって吸収し、前記第１蛍光体から放射された第１の光を前記太陽電池素子に向けて伝播させる導光部と、前記導光部と前記太陽電池素子との間に設けられ、前記導光部から入射した前記第１の光を前記第１の光よりも前記太陽電池素子において分光感度の高い第２の光に変換し前記太陽電池素子に入射させる変換部とを備えていることにより、該太陽電池モジュールを窓として用いた場合、透明性が高く発電効率の高いものとなる。

Description

太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置
　本発明は、太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置に関する。
　本願は、２０１０年１１月１１日に、日本に出願された特願２０１０－２５２９６７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　導光体の端面に太陽電池素子を設置し、導光体の内部を伝播した光を太陽電池素子に入射させて発電を行う太陽光発電装置として、特許文献１に記載の太陽光発電装置が知られている。特許文献１の太陽光発電装置は、導光体を窓として利用する窓型の太陽光発電装置である。導光体の内部には蛍光体が分散されており、蛍光体から放射された光が導光体の内部を伝播し太陽電池素子で受光されて発電が行われる。
実開昭６１－１３６５５９号公報
　太陽電池素子の発電効率は、太陽電池素子に入射する光の波長によって変化する。蛍光体から放射される光に対して適切な分光感度特性を有する太陽電池素子を用いなければ、高い発電量は得られない。例えば、特許文献１の太陽光発電装置では、導光体を窓として用いるため、導光体の内部には視感度の低い青色の蛍光体が用いられる。この場合、太陽電池素子としては、青色に感度を有するアモルファスシリコン太陽電池が用いられるが、アモルファスシリコン太陽電池は、ＧａＡｓなどの化合物半導体を用いた太陽電池に比べて発電効率が低いとされている。そのため、得られる発電量には限界があった。
　本発明の一態様における目的は、発電効率の高い太陽電池モジュールおよびこれを用いた太陽光発電装置を提供することにある。
　本発明の一態様における太陽電池モジュールは、太陽電池素子と、第１蛍光体を含み、外部から入射した光の一部を前記第１蛍光体によって吸収し、前記第１蛍光体から放射された第１の光を前記太陽電池素子に向けて伝播させる導光部と、前記導光部と前記太陽電池素子との間に設けられ、前記導光部から入射した前記第１の光を該第１の光よりも前記太陽電池素子において分光感度の高い第２の光に変換し前記太陽電池素子に入射させる変換部と、を備えている。
　前記導光部は、透明導光体の中央部に前記第１蛍光体を分散させることにより形成され、前記変換部は、前記透明導光体の外周部に、前記第１の光を吸収し前記第２の光を放射する第２蛍光体を分散させることにより形成されていてもよい。
　前記導光部は、透明導光体と、前記透明導光体の主面に設けられ内部に前記第１蛍光体が分散された蛍光体層と、を備えていてもよい。
　前記蛍光体層は、透明フィルムの内部に前記第１蛍光体を分散させた蛍光フィルムであってもよい。
　前記蛍光体層は、前記透明導光体と前記透明導光体の主面上に積層される透明部材とを接着する透明樹脂の内部に前記第１蛍光体を分散させた接着層であってもよい。
　前記変換部は、内部に前記第１の光を吸収し前記第２の光を放射する第２蛍光体を分散させた蛍光導光体であってもよい。
　前記変換部は、前記透明導光体と前記太陽電池モジュールとを接着する透明樹脂の内部に前記第１の光を吸収し前記第２の光を放射する第２蛍光体を分散させた接着層であってもよい。
　前記変換部には複数種類の蛍光体が含まれており、前記変換部に入射した前記第１の光が前記複数種類の蛍光体によって段階的に前記第２の光に変換されてもよい。
　前記変換部の前記太陽電池素子と対向する面以外の面に、前記第２の光を反射する反射層が設けられていてもよい。
　本発明の一態様における太陽光発電装置は、本発明の一態様における太陽電池モジュールを備えている。
　本発明の態様によれば、発電効率の高い太陽電池モジュールおよびこれを用いた太陽光発電装置を提供することができる。
第１実施形態の太陽電池モジュールの分解斜視図である。 第１実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 太陽光の分光スペクトルと太陽電池素子の吸収スペクトルを示す図である。 蛍光体の発光スペクトルと太陽電池素子の吸収スペクトルを示す図である。 第２実施形態の太陽電池モジュールの分解斜視図である。 第２実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 第３実施形態の太陽電池モジュールの分解斜視図である。 第３実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 第３実施形態の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置の概略図である。 蛍光体の発光スペクトルと視感度の波長依存性を示す図である。 蛍光体の発光スペクトルと太陽電池素子の吸収スペクトルを示す図である。 第４実施形態の太陽電池モジュールの分解斜視図である。 第４実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 第５実施形態の太陽電池モジュールの分解斜視図である。 第５実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 蛍光体の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図である。 太陽光発電装置の概略構成図である。
［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態の太陽電池モジュール１の分解斜視図である。
　太陽電池モジュール１は、蛍光導光体１１と、蛍光導光体１１の端面１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅから射出された光Ｌ３を受光する複数の太陽電池素子１４，１５，１６，１７と、を備えている。
　蛍光導光体１１は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面１１Ａを有する略矩形の板状部材である。蛍光導光体１１は、内部に第１蛍光体が分散された導光部１２と、内部に第２蛍光体が分散された変換部１３と、を備えている。導光部１２は蛍光導光体１１の中央部に設けられており、変換部１３は導光部１２の外周を囲んで蛍光導光体１１の４つの端面１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅに沿って矩形枠状に設けられている。蛍光導光体１１の第１主面１１Ａのうち導光部１２と重なる部分が光入射面であり、蛍光導光体１１の４つの端面１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅが光射出面である。
　導光部１２は、第１主面１１Ａに入射した外光Ｌ１（例えば太陽光）の一部を第１蛍光体によって第１の光Ｌ２に変換し、端面１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅに向けて伝播させる。変換部１３は、導光部１２から入射した第１の光Ｌ２を第２蛍光体によって第１の光Ｌ２よりも太陽電池素子１４，１５，１６，１７において分光感度の高い第２の光Ｌ３に変換し、端面１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅから射出する。
　蛍光導光体１１の４つの端面１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅには、それぞれ太陽電池素子１４，１５，１６，１７が設けられている。太陽電池素子１４，１５，１６，１７は、受光面を蛍光導光体１１の端面１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅに対向させて、蛍光導光体１１の端面１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅに接着されている。
　太陽電池素子１４，１５，１６，１７としては、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を使用することができる。
　図２は、太陽電池モジュール１の断面図である。
　蛍光導光体１１の中央部には、外光Ｌ１に含まれる紫外光又は可視光又を吸収して可視光又は赤外光からなる第１の光Ｌ１を放射する第１蛍光体７１が分散されている。蛍光導光体１１の外周部には、第１の光Ｌ２に含まれる可視光又は赤外光を吸収し、可視光又は赤外光からなる第２の光Ｌ３を放射する第２蛍光体７２が分散されている。
　なお、可視光は３８０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長領域の光であり、紫外光は３８０ｎｍ未満の波長領域の光であり、赤外光は７５０ｎｍよりも大きい波長領域の光である。
　例えば、第１蛍光体７１としては、５７８ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有するＢＡＳＦ社製の蛍光物質Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｒｅｄ　３０５（商品名）が用いられ、第２蛍光体７２としては、６４０ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有する蛍光物質ＮＩＬＥ　ＢＬＵＥ　Ａ Ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ（ＣＡＳ登録番号３６２５-５７-８）が用いられている。太陽電池素子１４，１５，１６，１７（図２では、太陽電池素子１４，１６のみが示されている）としては、第２蛍光体７２から放射された光Ｌ３に対して分光感度の高いＧａＡｓを用いた太陽電池素子が用いられている。
　蛍光導光体１１のうち第１蛍光体７１が分散された部分が導光部１２であり、第２蛍光体７２が分散された部分が変換部１３である。導光部１２と変換部１３は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料からなる透明導光体７０の内部に領域毎に異なる種類の蛍光体７１，７２を分散させることにより形成されている。
　蛍光導光体１１の第１主面１１Ａから入射した外光Ｌ１の一部は、導光部１２の内部に分散された第１蛍光体７１に吸収され、第１の光Ｌ２に変換される。第１蛍光体７１から放射された第１の光Ｌ２は導光部１２の内部を全反射しながら伝播し、変換部１３に入射する。そして、変換部１３の内部に分散された第２蛍光体７２に吸収され、第２の光Ｌ３に変換されて太陽電池素子１４，１５，１６，１７（図２では太陽電池素子１４，１６のみが示されている）に入射する。
　外光Ｌ１には、光源（例えば太陽）から直接蛍光導光体１１に入射する直達光Ｌｄと、雲などによって散乱されて蛍光導光体１１に入射する散乱光Ｌｓが含まれている。外光Ｌ１には、様々な角度で蛍光導光体１１に入射する光Ｌｄ，Ｌｓが存在するが、これらの光Ｌｄ，Ｌｓはいずれも蛍光導光体１１中の第１蛍光体７１によって吸収され、第１の光Ｌ２に変換される。入射角度によって光の利用効率が殆ど変化しないので、安定した発電が可能となる。
　図３は、太陽光Ｌ１の分光スペクトルと太陽電池素子１４～１７の吸収スペクトルを示す図である。図４は、第１蛍光体７１（ＢＡＳＦ社製 Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｒｅｄ　３０５（商品名））及び第２蛍光体７２（ＮＩＬＥ　ＢＬＵＥ　Ａ Ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ（ＣＡＳ登録番号３６２５-５７-８））の発光スペクトルと太陽電池素子１４～１７の吸収スペクトルを示す図である。
　図３に示すように、太陽電池素子の発電効率は、太陽電池素子に入射する光の波長によって変化する。例えば、ＧａＡｓを用いた太陽電池素子の場合、６５０ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の波長の光に対して分光感度は高いが、６００ｎｍ以下及び９００ｎｍ以上の波長の光に対しては分光感度は低い。一般に発電効率が高いとされる化合物半導体を用いた太陽電池素子であっても、分光感度の低い波長の光に対しては十分な発電効率が得られない。
　一方、蛍光導光体１１の導光部１２に用いる第１蛍光体７１は、蛍光導光体１１を用いる場所や用途などに応じて適切な材料が選択される。例えば、蛍光導光体１１の導光部１２を窓として用いる場合、導光部１２の内部に分散される第１蛍光体７１には、色味の少ない材料が選択される。その場合、第１蛍光体７１の発光スペクトルによっては、どのような太陽電池素子と組み合わせても十分な発電効率が得られない場合がある。
　そこで、太陽電池モジュール１では、図４に示すように、第１蛍光体７１から放射された第１の光Ｌ２を太陽電池素子において分光感度の高い第２の光Ｌ３に変換している。例えば、図４の例では、第１蛍光体７１の発光スペクトルのピーク波長は６００ｎｍ以下である。しかし、この波長の光（第１の光）はＧａＡｓ半導体を用いた太陽電池素子において分光感度の低い光である。よって、この第１の光を第２蛍光体７２で６４０ｎｍの波長の光に変換している。この波長の光（第２の光）は、ＧａＡｓ半導体を用いた太陽電池素子において分光感度の高い光である。よって、太陽電池素子によって効率よく電力に変換される。
　以上のように、太陽電池モジュール１では、導光部１２と太陽電池素子１４，１５，１６，１７との間に、導光部１２の内部を伝播する第１の光Ｌ２を太陽電池素子１４，１５，１６，１７において分光感度の高い第２の光Ｌ３に変換するための変換部１３を設けている。そのため、太陽電池素子１４，１５，１６，１７に入射する光Ｌ３を効率よく発電に寄与させることができ、高い発電効率が得られる。
［第２実施形態］
　図５は、第２実施形態の太陽電池モジュール２の分解斜視図である。太陽電池モジュール２において第１実施形態の太陽電池モジュール１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
　太陽電池モジュール２は、透明導光体２２と、透明導光体２２の第１主面２２Ａに接着された蛍光フィルム２３と、透明導光体２２の端面２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅに配置された複数の蛍光導光体２４，２５，２６，２７と、蛍光導光体２４，２５，２６，２７の端面２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂから射出された光Ｌ３を受光する複数の太陽電池素子１４，１５，１６，１７と、を備えている。
　蛍光フィルム２３は、内部に第１蛍光体が分散されたフィルム状の蛍光体層である。蛍光フィルム２３は、第１主面２３Ａに入射した外光Ｌ１（例えば太陽光）の一部を第１蛍光体によって第１の光Ｌ２に変換し、透明導光体２２に向けて放射する。
　透明導光体２２は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面２１Ａを有する略矩形の板状部材である。透明導光体２２は、蛍光体を含まない透明性の高い材料で構成されている。蛍光フィルム２３から放射された第１の光Ｌ２の一部は、透明導光体２２の内部を全反射しながら透明導光体２２の端面２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅに向けて伝播する。
　透明導光体２２の４つの端面２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅには、それぞれ端面に沿って延びる棒状の蛍光導光体２４，２５，２６，２７が接着されている。蛍光導光体２４，２５，２６，２７の内部には第２蛍光体が分散されている。蛍光導光体２４，２５，２６，２７は、透明導光体２２の端面２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅから入射した第１の光Ｌ２を第２蛍光体によって第１の光Ｌ２よりも太陽電池素子１４，１５，１６，１７において分光感度の高い第２の光Ｌ３に変換し、端面２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂから射出する。
　蛍光導光体２４，２５，２６，２７の端面２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂには、太陽電池素子１４，１５，１６，１７が設けられている。太陽電池素子１４，１５，１６，１７は、受光面を蛍光導光体２４，２５，２６，２７の端面２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂに対向させて、蛍光導光体２４，２５，２６，２７の端面２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂに接着されている。
　図６は、太陽電池モジュール２の断面図である。
　蛍光フィルム２３は、透明フィルム７３の内部に、外光Ｌ１に含まれる紫外光又は可視光又を吸収して可視光又は赤外光からなる第１の光Ｌ１を放射する第１蛍光体７４を分散させたものである。蛍光フィルム２３は、例えば、内部に第１蛍光体７４が分散されたアクリル樹脂を厚み０．１ｍｍ程度に薄く広げることで形成されている。第１蛍光体７４としては、例えば、５７８ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有するBASF社製の蛍光物質Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｒｅｄ　３０５（商品名）が用いられている。
　透明導光体２２は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料からなる。透明導光体２２は、蛍光体を含まない透明性の高い材料で構成されているが、透明導光体２２の内部での波長変換を目的として意図的に蛍光体を分散したものでなければ、若干の蛍光体を含み、完全に透明ではない材料で構成されていてもよい。
　蛍光導光体２４，２５，２６，２７は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料からなる棒状の透明導光体７５の内部に、第１の光Ｌ２に含まれる可視光又は赤外光を吸収し、可視光又は赤外光からなる第２の光Ｌ３を放射する第２蛍光体７６を分散させたものである。第２蛍光体７６としては、例えば、６４０ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有する蛍光物質ＮＩＬＥ　ＢＬＵＥ　Ａ Ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ（ＣＡＳ登録番号３６２５-５７-８）が用いられている。
　蛍光フィルム２３の第１主面２３Ａから入射した外光Ｌ１の一部は、蛍光フィルム２３の内部に分散された第１蛍光体７４に吸収され、第１の光Ｌ２に変換される。第１蛍光体７４から放射された第１の光Ｌ２は透明導光体２２の内部を全反射しながら伝播し、蛍光導光体２４，２５，２６，２７（図６では蛍光導光体２４，２６のみが示されている）に入射する。そして、蛍光導光体２４，２５，２６，２７の内部に分散された第２蛍光体７６に吸収され、第２の光Ｌ３に変換されて太陽電池素子１４，１５，１６，１７（図６では太陽電池素子１４，１６のみが示されている）に入射する。
　太陽電池モジュール２において、蛍光フィルム２３と透明導光体２２は、外光Ｌ１の一部を第１蛍光体７４で吸収し、第１蛍光体７４から放射された第１の光Ｌ２を太陽電池素子１４，１５，１６，１７に向けて伝播させる導光部２８として機能する。蛍光導光体２４，２５，２６，２７は、導光部２８から入射した第１の光Ｌ２を第２蛍光体７６で吸収し、第２蛍光体７６から放射された第２の光Ｌ３を太陽電池素子１４，１５，１６，１７に入射させる変換部２９として機能する。
　太陽電池モジュール２では、導光部２８が蛍光フィルム２３と透明導光体２２によって構成されているため、蛍光フィルム２２から放射された第１の光Ｌ２は透明導光体２２の内部を第１蛍光体によって吸収されることなく伝播する。例えば、第１実施形態の太陽電池モジュール１では、導光部１２を伝播する第１の光Ｌ２は、導光部１２の内部に分散された第１蛍光体７１によって一部の光が吸収され、ロスとなる。一方、第２実施形態の太陽電池モジュール２ではそのような自己吸収によるロスが少ないので、蛍光フィルム２３から放射された第１の光Ｌ２は概ね全て変換部２９に入射する。よって、発電効率の高い太陽電池モジュール２が提供される。
　太陽電池モジュール２では、蛍光を発する部材をフィルム状にして透明導光体２２の第１主面２２Ａに接着している。そのため、蛍光フィルム２３を貼り替えるだけで保守が可能である。例えば、蛍光フィルム２３が破れたり蛍光フィルム２３の色を変えたりする場合には、蛍光フィルム２３を別の蛍光フィルムに貼り替えればよい。蛍光導光体２４，２５，２６，２７も同様である。蛍光導光体２４，２５，２６，２７も透明導光体２２から剥がして別の蛍光導光体を接着することで、保守が可能である。
　太陽電池モジュール２では、導光部２８と変換部２９を３種類の部材（蛍光フィルム２３、透明導光体２２、蛍光導光体２４，２５，２６，２７）で構成しているため、第１実施形態の太陽電池モジュール１のようにこれらを一体化して１つの部材で構成する場合に比べて、部材ごとの交換が可能となり、保守のコストも低減される。
［第３実施形態］
　図７は、第３実施形態の太陽電池モジュール３の分解斜視図である。太陽電池モジュール３において第１実施形態の太陽電池モジュール１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
　太陽電池モジュール３は、蛍光導光体３１と、蛍光導光体３１の端面３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅから射出された光Ｌ３を受光する複数の太陽電池素子３４，３５，３６，３７と、蛍光導光体３１の外周部を覆う反射層３８，３９と、を備えている。
　蛍光導光体３１は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面３１Ａを有する略矩形の板状部材である。蛍光導光体３１は、内部に第１蛍光体が分散された導光部３２と、内部に第２蛍光体が分散された変換部３３と、を備えている。導光部３２は蛍光導光体３１の中央部に設けられており、変換部３３は導光部３２の外周を囲んで蛍光導光体３１の４つの端面３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅに沿って矩形枠状に設けられている。蛍光導光体３１の第１主面３１Ａのうち導光部３２と重なる部分が光入射面であり、蛍光導光体３１の４つの端面３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅが光射出面である。
　導光部３２は、第１主面３１Ａに入射した外光Ｌ１（例えば太陽光）の一部を第１蛍光体によって第１の光Ｌ２に変換し、端面３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅに向けて伝播させる。変換部３３は、導光部３２から入射した第１の光Ｌ２を第２蛍光体によって第１の光Ｌ２よりも太陽電池素子３４，３５，３６，３７において分光感度の高い第２の光Ｌ３に変換し、端面３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅから射出する。
　蛍光導光体３１の４つの端面３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅには、それぞれ太陽電池素子３４，３５，３６，３７が設けられている。太陽電池素子３４，３５，３６，３７は、受光面を蛍光導光体３１の端面３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅに対向させて、蛍光導光体３１の端面３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅに接着されている。
　太陽電池素子３４，３５，３６，３７としては、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を使用することができる。
　蛍光導光体３１の外周部には、第１主面３１Ａ及び第２主面３１Ｆからの光漏れを抑制するための反射層３８，３９が設けられている。反射層３８，３９は、変換部３３の太陽電池素子３４，３５，３６，３７と対向する面以外の面並びに太陽電池素子３４，３５，３６，３７の側面を覆うように、蛍光導光体３１の４つの端面３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅに沿って矩形枠状に設けられている。
　図８は、太陽電池モジュール３の断面図である。
　蛍光導光体３１の中央部には、外光Ｌ１に含まれる紫外光又は可視光又を吸収して可視光又は赤外光からなる第１の光Ｌ１を放射する第１蛍光体７８が分散されている。蛍光導光体３１の外周部には、第１の光Ｌ２に含まれる可視光又は赤外光を吸収し、可視光又は赤外光からなる第２の光Ｌ３を放射する第２蛍光体７９が分散されている。
　例えば、第１蛍光体７８としては、４１３ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有するＢＡＳＦ社製の蛍光物質Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｖｉｏｌｅｔ　５７０（商品名）が用いられ、第２蛍光体７９としては、５２８ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有するＢＡＳＦ社製の蛍光物質Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ １７０（商品名）が用いられている。太陽電池素子３４，３５，３６，３７（図８では、太陽電池素子３４，３６のみが示されている）としては、第２蛍光体７９から放射された光Ｌ３に対して分光感度の高いアモルファスシリコンを用いた太陽電池素子が用いられている。
　蛍光導光体３１のうち第１蛍光体７８が分散された部分が導光部３２であり、第２蛍光体７９が分散された部分が変換部３３である。導光部３２と変換部３３は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料からなる透明導光体７７の内部に領域毎に異なる種類の蛍光体７８，７９を分散させることにより形成されている。
　蛍光導光体３１の第１主面３１Ａから入射した外光Ｌ１の一部は、導光部３２の内部に分散された第１蛍光体７８に吸収され、第１の光Ｌ２に変換される。第１蛍光体７８から放射された第１の光Ｌ２は導光部３２の内部を全反射しながら伝播し、変換部３３に入射する。そして、変換部３３の内部に分散された第２蛍光体７９に吸収され、第２の光Ｌ３に変換されて太陽電池素子３４，３５，３６，３７（図８では太陽電池素子３４，３６のみが示されている）に入射する。
　第２蛍光体７９から放射された第２の光Ｌ３は、変換部３３の内部を全反射しながら蛍光導光体３１の端面に向けて伝播する。蛍光導光体３１の第１主面３１Ａ及び第２主面３１Ｆに全反射条件を満たさない角度で入射した第２の光Ｌ３は、反射層３８，３９によって反射され、変換部３３の内部を伝搬する。よって、第１主面３１Ａ及び第２主面３１Ｆからの光漏れが抑制され、第２の光Ｌ３が効率よく太陽電池素子に入射させる。
　図９は、太陽電池モジュール３の導光部３２を窓として用いる窓型太陽電池モジュールの概略図である。図１０は、第１蛍光体としてＢＡＳＦ社製の蛍光物質Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｂｌｕｅ ６５０（商品名）を用いた場合の発光スペクトルと視感度の波長依存性を示す図である。図１１は、第１蛍光体（ＢＡＳＦ社製 Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｖｉｏｌｅｔ　５７０（商品名））及び第２蛍光体（ＢＡＳＦ社製Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ １７０（商品名））の発光スペクトルと太陽電池素子（アモルファスシリコン太陽電池）の吸収スペクトルを示す図である。
　図９に示すように、太陽電池モジュール３は、蛍光導光体３１の外周部を保持する窓枠３０を備えている。窓枠３０の開口部３０Ｈには、蛍光導光体３１の導光部３２のみが露出しており、図７に示した反射層３８，３９は窓枠３０によって覆われている。図７に示した変換部３３及び太陽電池素子３４，３５，３６，３７は反射層３８，３９とともに窓枠３０の内部に配置され、外部に露出しないようになっている。窓として視認されるのは導光部３２のみである。
　図１０に示すように、導光部３２の内部には、例えば４１３ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有する第１蛍光体（ＢＡＳＦ社製 Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｂｌｕｅ ６５０（商品名））が分散されている。第１蛍光体の発光ピークは、人間の眼の視感度の低い波長領域に位置している。そのため、人間の眼には導光部３２の色付きが殆ど認識されず、透明性の高い窓となる。
　図１１は、第１蛍光体として例えば３８０ｎｍ付近に発光スペクトルのピーク波長を有するＢＡＳＦ社製の蛍光物質Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｖｉｏｌｅｔ　５７０（商品名）を用いた例である。この蛍光物質の発光ピークも、人間の眼の視感度の低い波長領域に位置している。この例では、導光部から放射された第１の光は変換部に設けられた第２蛍光体によって、例えば５２８ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有する第２の光に変換される。第２蛍光体の発光ピークは、アモルファスシリコンを用いた太陽電池素子において分光感度の高い波長領域に位置する。そのため、高い発電効率を有する太陽電池モジュールが得られる。
［第４実施形態］
　図１２は、第４実施形態の太陽電池モジュール４の分解斜視図である。太陽電池モジュール４において第１実施形態の太陽電池モジュール１及び第２実施形態の太陽電池モジュール２と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
　太陽電池モジュール４は、透明導光体２２と、透明導光体２２の第１主面２２Ａに第１接着層４３を介して接着された透明部材４２と、透明導光体２２の端面２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅに第２接着層４４，４５，４６，４７を介して接着され、透明導光体２２の端面２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅから射出された光Ｌ３を受光する複数の太陽電池素子１４，１５，１６，１７と、を備えている。
　第１接着層４３の内部には第１蛍光体が分散されている。第１接着層４３は、透明部材４２の第１主面４２Ａから入射した外光Ｌ１（例えば太陽光）の一部を第１蛍光体によって第１の光Ｌ２に変換し、透明導光体２２に向けて放射する。透明部材４２は、透明導光体２２の表面を保護する保護部材である。第１接着層４３は、透明導光体２２の透明部材４２と対向する部位全体に設けられている。
　透明導光体２２は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面２１Ａを有する略矩形の板状部材である。透明導光体２２は、蛍光体を含まない透明性の高い材料で構成されている。第１接着層４３から放射された第１の光Ｌ２の一部は、透明導光体２２の内部を全反射しながら透明導光体２２の端面２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅに向けて伝播する。
　第２接着層４４，４５，４６，４７の内部には第２蛍光体が分散されている。第２接着層４４，４５，４６，４７は、透明導光体２２の端面２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅから入射した第１の光Ｌ２を第２蛍光体によって第１の光Ｌ２よりも太陽電池素子１４，１５，１６，１７において分光感度の高い第２の光Ｌ３に変換し、太陽電池素子１４，１５，１６，１７に向けて射出する。第２接着層４４，４５，４６，４７は、透明導光体２２の太陽電池素子１４，１５，１６，１７と対向する部位全体に設けられている。
　透明導光体２２の端面２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅには、太陽電池素子１４，１５，１６，１７が設けられている。太陽電池素子１４，１５，１６，１７は、受光面を蛍光導光体２４，２５，２６，２７の端面２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂに対向させて、第２接着層４４，４５，４６，４７によって、蛍光導光体２４，２５，２６，２７の端面２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂに接着されている。
　図１３は、太陽電池モジュール４の断面図である。
　第１接着層４３は、透明樹脂８０の内部に、外光Ｌ１に含まれる紫外光又は可視光又を吸収して可視光又は赤外光からなる第１の光Ｌ１を放射する第１蛍光体８１を分散させた蛍光体層である。第１接着層４３は、例えば、内部に第１蛍光体８１が分散されたフェノール系熱硬化接着剤を厚み０．１ｍｍ程度に均一に広げることにより形成されている。第１蛍光体８１としては、例えば、５７８ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有するＢＡＳＦ社製の蛍光物質Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｒｅｄ　３０５（商品名）が用いられている。
　第２接着層４４，４５，４６，４７は、透明樹脂８２の内部に、第１の光Ｌ２に含まれる可視光又は赤外光を吸収し、可視光又は赤外光からなる第２の光Ｌ３を放射する第２蛍光体８３が分散されたものである。第２接着層４４，４５，４６，４７は、例えば、内部に第２蛍光体８３が分散されたフェノール系熱硬化接着剤を厚み０．１ｍｍ程度に均一に広げることにより形成されている。第２蛍光体８３としては、例えば、６４０ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有する蛍光物質ＮＩＬＥ　ＢＬＵＥ　Ａ Ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ（ＣＡＳ登録番号３６２５-５７-８）が用いられている。
　透明樹脂８０，８２としては、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂などを用いることができる。透明樹脂８０，８２として紫外線硬化樹脂を用いた場合、蛍光体８１，８３とのマッチングが悪く、発光が弱くなってしまうことがあるが、その場合には、透明樹脂８０，８２として熱硬化樹脂を用いればよい。熱硬化樹脂としては、フェノール樹脂のほか、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂などを用いることができる。
　透明導光体２２は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料からなる。透明導光体２２は、蛍光体を含まない透明性の高い材料で構成されるが、透明導光体２２の内部での波長変換を目的として意図的に蛍光体を分散したものでなければ、若干の蛍光体を含み、完全に透明ではない材料で構成されたものであってもよい。
　透明部材４２は、ポリエステル樹脂やガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料からなる。透明部材４２は、蛍光体を含まない透明性の高い材料で構成されるが、透明部材４２の内部での波長変換を目的として意図的に蛍光体を分散したものでなければ、若干の蛍光体を含み、完全に透明ではない材料で構成されたものであってもよい。透明部材４２は、例えば透明なフィルム部材として構成されるが、ガラスなどの非可撓性の板状部材を透明部材４２として用いてもよい。
　透明部材４２の第１主面４２Ａから入射した外光Ｌ１の一部は、第１接着層４３の内部に分散された第１蛍光体８１に吸収され、第１の光Ｌ２に変換される。第１蛍光体８１から放射された第１の光Ｌ２は透明導光体２２の内部を全反射しながら伝播し、第２接着層４４，４５，４６，４７（図１３では第２接着層４４，４６のみが示されている）に入射する。そして、第２接着層４４，４５，４６，４７の内部に分散された第２蛍光体８３に吸収され、第２の光Ｌ３に変換されて太陽電池素子１４，１５，１６，１７（図１３では太陽電池素子１４，１６のみが示されている）に入射する。
　太陽電池モジュール４において、透明部材４２と第１接着層４３と透明導光体２２は、外光Ｌ１の一部を第１蛍光体８１で吸収し、第１蛍光体８１から放射された第１の光Ｌ２を太陽電池素子１４，１５，１６，１７に向けて伝播させる導光部４８として機能する。
　第２接着層４４，４５，４６，４７は、導光部４８から入射した第１の光Ｌ２を第２蛍光体８３で吸収し、第２蛍光体８３から放射された第２の光Ｌ３を太陽電池素子１４，１５，１６，１７に入射させる変換部４９として機能する。
　太陽電池モジュール４では、導光部４８が透明部材４２と第１接着層４３と透明導光体２２によって構成されているため、第１接着層４３から放射された第１の光Ｌ２は透明導光体２２の内部を第１蛍光体によって吸収されることなく伝播する。例えば、第１実施形態の太陽電池モジュール１では、導光部１２を伝播する第１の光Ｌ２は、導光部１２の内部に分散された第１蛍光体７１によって一部の光が吸収され、ロスとなる。一方、第４実施形態の太陽電池モジュール４ではそのような自己吸収によるロスが少ないので、第１接着層４３から放射された第１の光Ｌ２は概ね全て変換部４９に入射する。よって、発電効率の高い太陽電池モジュール４が提供される。
　太陽電池モジュール４では、透明導光体２２と太陽電池素子１４，１５，１６，１７とを接着する第２接着層４４，４５，４６，４７の内部に第２蛍光体８３を分散させ、変換部４９として利用している。そのため、第２実施形態の太陽電池モジュール２のように第２導光体２４，２５，２６，２７を別途用いて変換部２９として利用するものに比べて、部材点数を少なくすることができる。また、第２導光体２４，２５，２６，２７と透明導光体２２とを接着するための接着層が省略できるため、この接着層による光のロスがなくなり、さらに発電効率が向上する。さらに、第２導光体２４，２５，２６，２７に比べて第２接着層４４，４５，４６，４７の厚みが薄いので、第２導光体２４，２５，２６，２７の内部に第２蛍光体を分散させる場合に比べて、第２蛍光体の使用量を少なくすることができる。よって、部材コストが低減される。
［第５実施形態］
　図１４は、第５実施形態の太陽電池モジュール５の分解斜視図である。太陽電池モジュール５において第１実施形態の太陽電池モジュール１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
　太陽電池モジュール５は、蛍光導光体５１と、蛍光導光体５１の端面５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅに配置された複数の蛍光導光体５４，５５，５６，５７と、蛍光導光体５４，５５，５６，５７の端面５４Ｂ，５５Ｂ，５６Ｂ，５７Ｂから射出された光Ｌ３を受光する複数の太陽電池素子６１，６２，６３，６４と、を備えている。
　蛍光導光体５１は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面５１Ａを有する略矩形の板状部材である。蛍光導光体５１は、内部に第１蛍光体が分散された導光部５２と、内部に第２蛍光体が分散された第１変換部５３と、を備えている。導光部５２は蛍光導光体５１の中央部に設けられており、第１変換部５３は導光部５２の外周を囲んで蛍光導光体５１の４つの端面５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅに沿って矩形枠状に設けられている。
　蛍光導光体５１の第１主面５１Ａのうち導光部５２と重なる部分が光入射面であり、蛍光導光体５１の４つの端面５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅが光射出面である。
　導光部５２は、第１主面５１Ａに入射した外光Ｌ１（例えば太陽光）の一部を第１蛍光体によって第１の光Ｌ２に変換し、端面５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅに向けて伝播させる。第１変換部５３は、導光部５２から入射した第１の光Ｌ２を第２蛍光体によって第３の光Ｌ４に変換し、端面５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅから射出する。
　蛍光導光体５１の４つの端面５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅには、それぞれ端面に沿って延びる棒状の蛍光導光体５４，５５，５６，５７が接着されている。蛍光導光体５４，５５，５６，５７の内部には第３蛍光体が分散されている。蛍光導光体５４，５５，５６，５７は、蛍光導光体５１の端面５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅから入射した第３の光Ｌ４を第３蛍光体によって第１の光Ｌ２よりも太陽電池素子６１，６２，６３，６４において分光感度の高い第２の光Ｌ３に変換し、端面５４Ｂ，５５Ｂ，５６Ｂ，５７Ｂから射出する第２変換部である。
　蛍光導光体５４，５５，５６，５７の端面５４Ｂ，５５Ｂ，５６Ｂ，５７Ｂには、太陽電池素子６１，６２，６３，６４が設けられている。太陽電池素子１４，１５，１６，１７は、受光面を蛍光導光体５４，５５，５６，５７の端面５４Ｂ，５５Ｂ，５６Ｂ，５７Ｂに対向させて、蛍光導光体５４，５５，５６，５７の端面５４Ｂ，５５Ｂ，５６Ｂ，５７Ｂ接着されている。
　図１５は、太陽電池モジュール５の断面図である。
　蛍光導光体５１の中央部には、外光Ｌ１に含まれる紫外光又は可視光又を吸収して可視光又は赤外光からなる第１の光Ｌ１を放射する第１蛍光体８５が分散されている。蛍光導光体５１の外周部には、第１の光Ｌ２に含まれる可視光又は赤外光を吸収し、可視光又は赤外光からなる第３の光Ｌ４を放射する第２蛍光体８６が分散されている。
　例えば、第１蛍光体８５としては、４１３ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有するＢＡＳＦ社製の蛍光物質Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｖｉｏｌｅｔ　５７０（商品名）が用いられ、第２蛍光体８６としては、５２８ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有するＢＡＳＦ社製の蛍光物質Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ １７０（商品名）が用いられている。
　蛍光導光体５１のうち第１蛍光体８５が分散された部分が導光部５２であり、第２蛍光体８６が分散された部分が第１変換部５３である。導光部５２と第１変換部５３は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料からなる透明導光体８４の内部に領域毎に異なる種類の蛍光体８５，８６を分散させることにより形成されている。
　蛍光導光体５１の端面には、第２変換部としての蛍光導光体５４，５５，５６，５７（図１５では蛍光導光体５４，５６のみが図示されている）が接着されている。
　蛍光導光体５４，５５，５６，５７は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料からなる棒状の透明導光体８７の内部に、第３の光Ｌ４に含まれる可視光又は赤外光を吸収し、可視光又は赤外光からなる第２の光Ｌ３を放射する第３蛍光体８８を分散させたものである。第３蛍光体８８としては、例えば、５３９ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有するＢＡＳＦ社製の蛍光物質Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｏｒａｎｇｅ　２４０（商品名）が用いられている。
　第１変換部５３と第２変換部としての蛍光導光体５４，５５，５６，５７によって、導光部５２から入射した第１の光Ｌ２を該第１の光Ｌ２よりも太陽電池素子６１，６２，６３，６４において分光感度の高い第２の光Ｌ３に変換し太陽電池素子６１，６２，６３，６４に入射させる変換部５８が形成されている。
　変換部５８を構成する第１変換５３及び第２変換部（蛍光導光体５４，５５，５６，５７）は、内部に分散された蛍光体８６，８８の発光スペクトルのピーク波長が小さいものが導光部５２側に配置され、発光スペクトルのピーク波長が大きいものが太陽電池素子６１，６２，６３，６４側に配置されるように、導光部５２側から太陽電池素子６１，６２，６３，６４側に向けて順に配置されている。これにより、変換部５８に入射した第１の光Ｌ２が複数種類の蛍光体８６，８８によって段階的に第２の光Ｌ３に変換される。
　太陽電池素子６１，６２，６３，６４としては、第３蛍光体８８から放射された光Ｌ３に対して分光感度の高いアモルファスシリコンを用いた太陽電池素子が用いられている。
　蛍光導光体５１の第１主面５１Ａから入射した外光Ｌ１の一部は、導光部５２の内部に分散された第１蛍光体８５に吸収され、第１の光Ｌ２に変換される。第１蛍光体８５から放射された第１の光Ｌ２は導光部５２の内部を全反射しながら伝播し、第１変換部５３に入射する。そして、第１変換部５３の内部に分散された第２蛍光体８６に吸収され、第３の光Ｌ４に変換され、蛍光導光体５４，５５，５６，５７に入射する。そして、蛍光導光体５４，５５，５６，５７の内部に分散された第２蛍光体８８に吸収され、第２の光Ｌ３に変換されて太陽電池素子６１，６２，６３，６４に入射する。
　図１６は、変換部に含まれる第２蛍光体８６（ＢＡＳＦ社製Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ １７０（商品名））及び第３蛍光体８８（ＢＡＳＦ社製Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｏｒａｎｇｅ　２４０（商品名））の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図である。
　図１６の例において、第２蛍光体８６は、４２０ｎｍ～４７０ｎｍの光を４７０ｎｍ～５７０ｎｍの波長の光に変換し、第３蛍光体８８は、４７０ｎ～５３０ｎｍの波長の光を５７０ｎｍ～６５０ｎｍの波長の光に変換する。第２蛍光体８６において高い発光強度を示す波長領域と第３蛍光体８８において高い吸収強度を示す波長領域は概ね一致している。そのため、第２蛍光体８６から放射された光は第３蛍光体８８によって効率よく吸収され、長波長側の光に変換される。
　図１６では、２種類の蛍光体を用いて２段階で波長変換を行う場合を示したが、３種類以上の蛍光体を用いて３段階以上で波長変換を行う場合も同じである。吸収波長と発光波長とが重なるようにして発光波長を少しずつずらした複数種類の蛍光体を用いることで、光の波長を複数段階で変換することができる。複数種類の蛍光体によって複数段階で波長変換を行うようにすれば、１種類の蛍光体のみで波長変換を行う場合に比べて大きな波長変換が可能となる。
　以上のように、太陽電池モジュール５では、変換部５８に入射した第１の光Ｌ２を複数種類の蛍光体８６，８８を用いて段階的に第２の光Ｌ３に変換しているので、第２の光Ｌ３の波長を広い波長範囲で制御することができる。そのため、太陽電池素子６１，６２，６３，６４の選択幅が広がり、高い発電効率が得られるようになる。
［変形形態］
　太陽電池モジュール１，２，５では、太陽電池モジュール３のように、変換部の太陽電池素子と対向する面以外の面に、第２の光Ｌ３を反射する反射層を設けてもよい。
　太陽電池モジュール１，２，３，４では、太陽電池モジュール５のように、変換部に複数種類の蛍光体を含ませ、変換部に入射した第１の光Ｌ２を前記複数種類の蛍光体によって段階的に第２の光Ｌ３に変換してもよい。
　太陽電池モジュール１，２，３，４，５では、導光体の４つの端面にそれぞれ太陽電池素子を設けたが、太陽電池素子は導光体の少なくとも１つの端面に設けられていればよい。この場合、太陽電池素子が配置されない導光体の端面には反射層を設け、光が漏れないようにすることが好ましい。
　太陽電池モジュール１，２，３，４，５では、蛍光体の好適な一例として、Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ　Ｒｅｄ ３０５（商品名）、ＮＩＬＥ　ＢＬＵＥ　Ａ Ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ（ＣＡＳ登録番号３６２５-５７-８）、Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｖｉｏｌｅｔ　５７０（商品名）、Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ １７０（商品名）、Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｏｒａｎｇｅ　２４０（商品名）を示したが、蛍光体はこのようなものに限定されない。また、用いる太陽電池素子の材料も実施形態のものに限定されない。第２の光Ｌ３を放射する蛍光体の材料と太陽電池素子の材料との好適な組み合わせとしては以下のものが挙げられる。左側が蛍光体の材料であり、右側が好適な太陽電池素子の材料である。
（１）Ｌｕｍｏｇｅｎ ｆ Ｙｅｌｌｏｗ ０８３（ＢＡＳＦ社製、商品名）…アモルファスシリコン太陽電池（２）Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ １７０（ＢＡＳＦ社製、商品名）…アモルファスシリコン太陽電池（３）Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｒｅｄ　３０５（ＢＡＳＦ社製、商品名）…多結晶シリコン太陽電池（４）Ｌｕｍｏｇｅｎ　Ｆ　Ｖｉｏｌｅｔ　５７０（ＢＡＳＦ社製、商品名）…色素増感太陽電池。
［太陽光発電装置］
　図１７は、太陽光発電装置１０００の概略構成図である。
　太陽光発電装置１０００は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池モジュール１００１と、太陽電池モジュール１００１から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ（直流／交流変換器）１００４と、太陽電池モジュール１００１から出力された直流電力を蓄える蓄電池１００５と、を備えている。
　太陽電池モジュール１００１は、太陽光を集光する導光体１００２と、導光体１００２によって集光された太陽光によって発電を行う太陽電池素子１００３と、を備えている。
　太陽電池モジュール１００１としては、例えば、第１実施形態ないし第５実施形態で説明した太陽電池モジュール１，２，３，４，５が用いられている。
　太陽光発電装置１０００は外部の電子機器１００６に対して電力を供給する。電子機器１００６には、必要に応じて補助電力源１００７から電力が供給される。
　太陽光発電装置１０００は、上述した本発明に係る太陽電池モジュールを備えているため、発電効率の高い太陽光発電装置となる。
　本発明の態様は、太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置に利用することができる。
１，２，３，４，５…太陽電池モジュール、１１…蛍光導光体、１２…導光部、１３…変換部、１４，１５，１６，１７…太陽電池素子、２２…透明導光体、２３…蛍光フィルム（蛍光体層）、２４，２５，２６，２７…蛍光導光体、２８…導光部、２９…変換部、３１…蛍光導光体、３２…導光部、３３…変換部、３４，３５，３６，３７…太陽電池素子、３８，３９…反射層、４２…透明部材、４３…第１接着層（蛍光体層）、４４，４５，４６，４７…第２接着層、４８…導光部、４９…変換部、５１…蛍光導光体、５２…導光部、５３…第１変換部、５４，５５，５６，５７…蛍光導光体（第２変換部）、５８…変換部、６１，６２，６３，６４…太陽電池素子、７０…透明導光体、７１…第１蛍光体、７２…第２蛍光体、７３…透明フィルム、７４…第１蛍光体、７５…透明導光体、７６…第２蛍光体、７７…透明導光体、７８…第１蛍光体、７９…第２蛍光体、８０…透明樹脂、８１…第１蛍光体、８２…透明樹脂、８３…第２蛍光体、８４…透明導光体、８５…第１蛍光体、８６…第２蛍光体、８７…透明導光体、８８…第３蛍光体、１０００…太陽光発電装置、１００１…太陽電池モジュール、Ｌ１…外部からの光、Ｌ２…第１の光、Ｌ３…第２の光、Ｌ４…第３の光

Claims (10)

  1. 　太陽電池素子と、
    　第１蛍光体を含み、外部から入射した光の一部を前記第１蛍光体によって吸収し、前記第１蛍光体から放射された第１の光を前記太陽電池素子に向けて伝播させる導光部と、
    　前記導光部と前記太陽電池素子との間に設けられ、前記導光部から入射した前記第１の光を前記第１の光よりも前記太陽電池素子において分光感度の高い第２の光に変換し前記太陽電池素子に入射させる変換部と、を備えている太陽電池モジュール。
  2. 　前記導光部は、透明導光体の中央部に前記第１蛍光体を分散させることにより形成され、前記変換部は、前記透明導光体の外周部に、前記第１の光を吸収し前記第２の光を放射する第２蛍光体を分散させることにより形成されている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 　前記導光部は、透明導光体と、前記透明導光体の主面に設けられ内部に前記第１蛍光体が分散された蛍光体層と、を備えている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  4. 　前記蛍光体層は、透明フィルムの内部に前記第１蛍光体を分散させた蛍光フィルムである請求項３に記載の太陽電池モジュール。
  5. 　前記蛍光体層は、前記透明導光体と前記透明導光体の主面上に積層される透明部材とを接着する透明樹脂の内部に前記第１蛍光体を分散させた接着層である請求項３に記載の太陽電池モジュール。
  6. 　前記変換部は、内部に前記第１の光を吸収し前記第２の光を放射する第２蛍光体を分散させた蛍光導光体である請求項３に記載の太陽電池モジュール。
  7. 　前記変換部は、前記透明導光体と前記太陽電池モジュールとを接着する透明樹脂の内部に前記第１の光を吸収し前記第２の光を放射する第２蛍光体を分散させた接着層である請求項３に記載の太陽電池モジュール。
  8. 　前記変換部には複数種類の蛍光体が含まれており、前記変換部に入射した前記第１の光が前記複数種類の蛍光体によって段階的に前記第２の光に変換される請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  9. 　前記変換部の前記太陽電池素子と対向する面以外の面に、前記第２の光を反射する反射層が設けられている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  10. 　請求項１に記載の太陽電池モジュールを備えている太陽光発電装置。
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