WO2019065920A1 - 太陽電池システム - Google Patents

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章吾 吉田
松堂　真樹
大三 伊井
康之 伊豆
中島　大輔
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積水化学工業株式会社
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Abstract

太陽光を吸収することで発電する太陽電池システムであって、前記太陽電池システムは、積層構造体と前記積層構造体の周辺部に配置された発電用セルを備え、前記積層構造体は、波長変換材料を含有する透明シート状部材と、第１の透明シートとが積層されており、前記波長変換材料の最大発光波長が７８０ｎｍ以上であり、前記第１の透明シートの屈折率ｎａ１が前記透明シート状部材の屈折率ｎｂよりも高い、太陽電池システムである。本発明によれば、透明層表面から入射され、内部において、近赤外線などの高波長の光に変換された光を、側面に効率よく導くことが可能な透明層及び発電用セルを備える太陽電池システムを提供することができる。

Description

太陽電池システム
　本発明は、窓において太陽光発電などに使用される太陽電池システムに関する。
　ビルなどの比較的高層の建築物の場合、太陽光パネルを設置できるスペースを確保しにくく、創エネルギーが不十分であるため、窓に太陽電池を設置することが実用化されている。具体的には、合わせガラスの中間層や、複層ガラスのガラスとガラスの間に、太陽電池モジュールを設けたものが知られている。しかし、太陽電池モジュールは、一般的に透明性に乏しく視界を塞いでしまうことが多い。また、透明性が高い有機太陽電池も実用されてはいるが、耐久性が低いという課題がある。
　そのような課題を解決するために、窓枠などの窓の周辺部に太陽光パネルが設置されることが検討されている。例えば、ガラスなどの透明部材に、紫外線、可視光線または赤外線を近赤外線に波長変換する波長変換材料を含有させて、波長変換材料により波長変換された光をガラス側面に集光して発電する太陽放射変換装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開２０１５／０４７０８４号
　しかしながら、特許文献１に開示された太陽放射変換装置では、近赤外線に波長変換された光が、ガラス側面に集光されずに透過する光が多く存在し、発電効率は十分ではない。また、建築物の窓に特許文献１の太陽放射変換装置を適用すると、近赤外線に波長変換された光が、室内に入射されて室内の温度上昇を招くことがある。
　本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、表面から入射され、内部において、近赤外線などの高波長の光に変換された光を、側面に効率よく導くことが可能な積層構造体と、発電用セルを備える太陽電池システムを提供することである。
　本発明者らは、鋭意検討した結果、積層構造体と、積層構造体の周辺部に配置された発電用セルとを備える太陽電池システムにおいて、積層構造体を構成する各層の屈折率を調整し、かつ波長変換材料として、特定種類のものを用いることで、上記課題が解決できることを見出し、以下の本発明を完成させた。
　すなわち、本発明は、以下の［１］～［７］を提供するものである。
［１］太陽光を吸収することで発電する太陽電池システムであって、積層構造体と前記積層構造体の周辺部に配置された発電用セルを備え、前記積層構造体は、波長変換材料を含有する透明シート状部材と第１の透明シートとが積層されており、前記波長変換材料の最大発光波長が７８０ｎｍ以上であり、前記第１の透明シートの屈折率ｎａ１が前記透明シート状部材の屈折率ｎｂよりも高い、太陽電池システム。
［２］前記透明シート状部材の屈折率ｎｂが１．３０～１．８０である、上記［１］に記載の太陽電池システム。
［３］前記透明シート状部材の屋外側に第１の透明シートが配置された、上記［１］又は［２］に記載の太陽電池システム。
［４］前記積層構造体が、前記透明シート状部材と、前記透明シート状部材の両面に設けられる第１及び第２の透明シートとを備える、上記［１］～［３］のいずれかに記載の太陽電池システム。
［５］前記第２の透明シートの屈折率ｎａ2が透明シート状部材の屈折率ｎｂよりも高い、上記［４］に記載の太陽電池システム。
［６］前記透明シート状部材が、樹脂を含有しており、該樹脂中に前記波長変換材料が分散されている、上記［１］～［５］のいずれかに記載の太陽電池システム。
［７］前記第１の透明シートが、無機ガラス及び有機ガラスのいずれかである、上記［１］～［６］のいずれかに記載の太陽電池システム。
　本発明によれば、積層構造体の側面への集光量が多いことにより発電効率が高い太陽電池システムを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る積層構造体を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池システムを示す模式的な断面図である。
　本発明の太陽電池システムは、太陽光を吸収することで発電する太陽電池システムであって、前記太陽電池システムは積層構造体と前記積層構造体の周辺部に配置された発電用セルを備える。積層構造体は、波長変換材料を含有する透明シート状部材と第１の透明シートとが積層されており、前記波長変換材料の最大発光波長が７８０ｎｍ以上であり、前記第１の透明シートの屈折率ｎａ１が前記透明シート状部材の屈折率ｎｂよりも高いことを特徴としている。
　本発明の太陽電池システムは、積層構造体の一方の面に入射された太陽光等の光の少なくとも一部を、波長変換材料によって長波長の光に変換した上で、積層構造体内部で反射させつつ、積層構造体の側面まで導いて、発電用セルに入射させて発電するものである。なお、本明細書において、積層構造体の一方の面とは、積層構造体の積層方向に対して直交する積層構造体の表面を意味し、積層構造体の他方の面とはその一方の面の反対側の面を意味する。
　本発明の太陽電池システムの発電効率が高い理由は定かではないが、以下のように推定される。相対的に屈折率の低い透明シート状部材内で発光した最大発光波長が７８０ｎｍ以上の光の一部は、相対的に屈折率の高い第１の透明シートに進入する。第１の透明シートに進入した光は、屈折率の高い第１の透明シートと屈折率の低い空気との界面で反射しやすく、積層構造体内に留まりやすい。そのため、波長変換材料により発光した光が、積層構造体の側面に集光しやすくなり、これにより、発電用セルの受光量が増大し、太陽電池システムの発電効率が向上するものと考えられる。
［積層構造体］
　積層構造体は、波長変換材料を含有する透明シート状部材と第１の透明シートとが積層された２層以上の積層体である。第１の透明シートの屈折率ｎａ１は、透明シート状部材の屈折率ｎｂよりも高い。これにより、積層構造体の側面に導かれる光の量が多くなる。
　第１の透明シートの屈折率ｎａ１と透明シート状部材の屈折率ｎｂの差ｎａ１－ｎｂは、好ましくは０．０１以上、より好ましくは０．０３以上である。ｎａ１－ｎｂの上限は特に限定はされないが、通常は０．５以下、好ましくは０．４以下、より好ましくは０．３以下である。このようなｎａ１－ｎｂとすることにより、積層構造体の側面に導かれる光の量が多くなりやすい。
　積層構造体の側面に導かれる光の量を高める観点から、透明シート状部材の屈折率ｎｂは、１．３０～１．８０であることが好ましく、１．４０～１．６０であることがより好ましい。そして、第１の透明シートの屈折率ｎａ１は、１．３５～１．８５であることが好ましく、１．４５～１．６５であることがより好ましい。屈折率は、実施例で記載する方法により測定することができる。
　積層構造体の可視光線透過率は、５％以上であることが好ましい。可視光線透過率を５％以上とすると、積層構造体は一定量の光を透過することになる。それにより、積層構造体は、一方の面に入射された太陽光などの光の一部を透過させ、他方の面から出射させることになるので、透明性を有する窓として使用することが可能になる。
　積層構造体の可視光線透過率は、積層構造体の透明性を高める観点から、好ましくは５０％以上であり、より好ましくは７０％以上であり、さらに好ましくは８０％以上である。また、積層構造体の可視光線透過率は１００％以下であればよいが、実用的には９９％以下である。なお、本発明における可視光線透過率は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の波長の平均の透過率を意味する。
　本発明の太陽電池システムでは、後述するように積層構造体を建築物、乗り物等の室外窓用として使用できる。その場合、透明シート状部材の屋外側に第１の透明シートを配置することが好ましい。これにより、波長変換材料を含有する透明シート状部材の劣化を防ぎやすくなる。
　積層構造体は、透明シート状部材と第１の透明シートのみからなる２層構造であってもよいし、さらに他の層を積層した３層構造以上であってもよい。
　また、積層構造体は、３層構造以上であることが好ましく、中でも図１に示すように透明シート状部材１０と、透明シート状部材１０の両面に設けられる第１の透明シート１１及び第２の透明シート１２とを備える積層構造体２０であることが好ましい。第１の透明シート１１は透明シート状部材１０の屋外側最外層に配置され、第２の透明シート１２は透明シート状部材１０の屋内側最外層に配置されている。
　また、積層構造体２０には、第１の透明シート１１側から、太陽光などの光が入射される。この際、透明シート状部材１０中に含有された波長変換材料により、入射された太陽光の一部が近赤外光領域の光に波長変換されて、積層構造体の両表面で反射を繰り返して側面に集光されるため、側面に導かれる光の量を増加させやすくなる。
　第２の透明シートの屈折率ｎａ2は透明シート状部材の屈折率ｎｂよりも高いことが好ましい。これにより、積層構造体の側面側に導かれる光の量がより多くなる。すなわち、第１の透明シートの屈折率ｎａ１及び第２の透明シートの屈折率ｎａ２をともに、透明シート状部材の屈折率ｎｂよりも大きくすることで、積層構造体の側面に導かれる光の量が大きくなる。
　第２の透明シートの屈折率ｎａ２と透明シート状部材の屈折率ｎｂの差ｎａ２－ｎｂは、好ましくは０．０１以上、より好ましくは０．０３以上である。ｎａ２－ｎｂの上限は特に限定はされないが、通常は０．５以下、好ましくは０．３以下である。このようなｎａ２－ｎｂとすることにより、積層構造体の側面側に導かれる光の量が増加しやすい。
　第２の透明シートの屈折率ｎａ2の好ましい範囲は、第１の透明シートの屈折率ｎａ1の好ましい範囲と同様である。
　また、積層構造体２０は、波長変換材料を含有する透明シート状部材が第１及び第２の透明シートに挟まれた構造であるため、透明シート状部材の劣化が効果的に抑制される。
　なお、積層構造体はこのような層構成のみに限定されず、他のいかなる層構成を有してもよい。例えば、第１の透明シート、透明シート状部材、第２の透明シート以外の層が設けられてもよいし、例えば、透明シート状部材と第１の透明シートなどとの接着性が低い場合は、その間に接着層を設けてもよい。また、波長変換材料から発光された光を、より効率的に積層構造体の側に導き、発電効率を高める観点から、金属膜、熱線反射フィルム、赤外線反射フィルムなどの反射層を、例えば第２の透明シートの一方の表面などに設けてもよい。
（透明シート状部材）
　本発明の透明シート状部材は、上記したように波長変換材料を含有するものである。波長変換材料としては、短波長側の光を、７８０ｎｍ以上の最大発光波長を有する光に変換する材料を使用すればよい。波長変換材料の最大発光波長が７８０ｎｍ未満であると、積層構造体の側面に導かれる光の量が少なく、発電用セルの発電効率が低くなる。波長変換材料の最大発光波長は、積層構造体の側面に導かれる光の量を増加させ、発電効率を高くする観点から、好ましくは８００ｎｍ以上であり、さらに好ましくは８２０ｎｍ以上である。波長変換材料の最大発光波長は、その上限は特に限定されないが、一般的な波長変換材料によって波長変換して発光できるように、１４００ｎｍ以下が好ましく、１３００ｎｍ以下がより好ましい。
　波長変換材料の最大励起波長は、好ましくは４２０ｎｍ以下、より好ましくは４００ｎｍ以下、さらに好ましくは３９０ｎｍ以下であり、特に好ましくは３８０ｎｍ以下であり、そして通常は２００ｎｍ以上、好ましくは３００ｎｍ以上である。このような最大励起波長であると、紫外線を吸収し、近赤外光などに変換しやすい。
　波長変換材料としては具体的には、スズ酸バリウム（ＢａＳｎＯ3）、イッテルビウム及びセリウムを含む混合結晶、プラセオジム及びイッテルビウムを含む混合結晶、ビスマス及びイッテルビウムを含む混合結晶、ツリウムイオンなどのランタノイドイオンを有する波長変換材料などが挙げられる。これらの中では、可視光領域の吸収が少なくシート状構造体の透明性を良好にできることから、スズ酸バリウムを使用することが好ましい。なお、スズ酸バリウムとしては鉄、亜鉛などの金属イオンをドープしたものでもよい。さらに、波長変換材料としては、ＹＳＯ（Ｙ２ＳｉＯ５）にイッテルビウム及びセリウムをドープしたもの（ＹＳＯ：Ｃｅ，Ｙｂ）、ＹＳＯ（Ｙ２ＳｉＯ５）にプラセオジム及びイッテルビウムをドープしたもの（ＹＳＯ：Ｐｒ，Ｙｂ）を使用してもよい。
　波長変換材料は、粒子状のものを使用すればよく、その平均粒径は好ましくは０．０１～１μｍである。
　透明シート状部材は、透明であれば特に限定されず、各種樹脂、無機ガラスなどのマトリックス材料を制限なく使用でき、これらのマトリクス材料に波長変換材料が含有されていればよい。透明シート状部材としては、マトリクス材料として樹脂を含有し、その樹脂中に波長変換材料を分散させた発光層からなることが好ましい。
　本発明においては、透明シート状部材の両面に第１及び第２の透明シートが設けられた積層構造体の場合、樹脂としては、熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。熱可塑性樹脂を使用することで、透明シート状部材は、接着層としての機能を果たしやすくなり、透明シート状部材を第１の透明シート及び第２の透明シートに接着させやすくなる。また、この場合、積層構造体の耐衝撃性が良好となる。
　波長変換材料の含有量はマトリクス材料１００質量部に対して、０．０１～３質量部が好ましく、０．０２～１．５質量部がより好ましく、０．０３～１．０質量部がさらに好ましい。
　波長変換材料の含有量をこれら下限値以上とすることで、十分に発光することが可能になる。また、これら上限値以下とすることで、積層構造体の透明性が必要以上に低下することが防止できる。
　透明シート状部材に使用する熱可塑性樹脂としては、屈折率が第１の透明シート又は第１及び第２の透明シートより低くなるように適宜選択されればよい。具体的には、ポリビニルアセタール樹脂、エチレン－酢酸ビニル共重合体樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、及び熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。これら樹脂を使用することで、第１の透明シート及第２の透明シートなどに対する接着性を確保しやすくなる。熱可塑性樹脂は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、これらの中では、透明シート状部材に可塑剤を含有させた場合に、ガラスに対して優れた接着性を発揮する点から、ポリビニルアセタール樹脂が特に好適である。
（ポリビニルアセタール樹脂）
　透明シート状部材に使用されるポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコールをアルデヒドでアセタール化して得られるポリビニルアセタール樹脂であれば特に限定されないが、ポリビニルブチラール樹脂が好適である。
　上記ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度の好ましい下限は４０モル％、好ましい上限は８５モル％であり、より好ましい下限は６０モル％、より好ましい上限は７５モル％である。
　上記ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量の好ましい下限は１５モル％、好ましい上限は３５モル％である。水酸基量を１５モル％以上とすることで、第１の透明シート及び第２の透明シートとの接着性、特に第１の透明シート及び第２の透明シートが無機ガラスである場合の接着性が良好になりやすくなり、積層構造体の耐貫通性なども良好になりやすくなる。また、水酸基量を３５モル％以下とすることで、透明シート状部材が硬くなり過ぎたりすることを防止する。上記水酸基量のより好ましい下限は２５モル％、より好ましい上限は３３モル％である。
　ポリビニルアセタール樹脂としてポリビニルブチラール樹脂を用いる場合も、同様の観点から、水酸基量の好ましい下限は１５モル％、好ましい上限は３５モル％であり、より好ましい下限は２５モル％、より好ましい上限は３３モル％である。
　なお、上記アセタール化度及び上記水酸基量は、例えば、ＪＩＳ  Ｋ６７２８「ポリビニルブチラール試験方法」に準拠した方法により測定することができる。
　ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコールをアルデヒドでアセタール化することにより調製することができる。ポリビニルアルコールは、通常、ポリ酢酸ビニルを鹸化することにより得られ、鹸化度８０～９９．８モル％のポリビニルアルコールが一般的に用いられる。
　ポリビニルアセタール樹脂の重合度の好ましい下限は５００、好ましい上限は４０００である。重合度を５００以上することで、積層構造体の耐貫通性が良好になる。また、重合度を４０００以下とすることで、積層構造体の成形がしやすくなる。重合度のより好ましい下限は１０００、より好ましい上限は３６００である。
　上記アルデヒドは特に限定されないが、一般には、炭素数が１～１０のアルデヒドが好適に用いられる。上記炭素数が１～１０のアルデヒドは特に限定されず、例えば、ｎ－ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ｎ－バレルアルデヒド、２－エチルブチルアルデヒド、ｎ－ヘキシルアルデヒド、ｎ－オクチルアルデヒド、ｎ－ノニルアルデヒド、ｎ－デシルアルデヒド、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等が挙げられる。なかでも、ｎ－ブチルアルデヒド、ｎ－ヘキシルアルデヒド、ｎ－バレルアルデヒドが好ましく、ｎ－ブチルアルデヒドがより好ましい。これらのアルデヒドは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
（エチレン－酢酸ビニル共重合体樹脂）
　透明シート状部材に使用されるエチレン－酢酸ビニル共重合体樹脂としては、非架橋型のエチレン－酢酸ビニル共重合体樹脂であってもよいし、また、高温架橋型のエチレン－酢酸ビニル共重合体樹脂であってもよい。また、エチレン－酢酸ビニル共重合体樹脂としては、エチレン－酢酸ビニル共重合体けん化物、エチレン－酢酸ビニルの加水分解物などのようなエチレン－酢酸ビニル変性体樹脂も用いることができる。
　エチレン－酢酸ビニル共重合体樹脂は、ＪＩＳ Ｋ ６７３０「エチレン・酢酸ビニル樹脂試験方法」に準拠して測定される酢酸ビニル含量が好ましくは１０～５０質量％、より好ましくは２０～４０質量％である。酢酸ビニル含量をこれら下限値以上とすることで、透明シート状部材と第１の透明シート及び第２の透明シートとの接着性、及び積層構造体の耐貫通性が良好になりやすくなる。また、酢酸ビニル含量をこれら上限値以下とすることで、透明シート状部材の破断強度が高くなり、積層構造体の耐衝撃性が良好になる。
（アイオノマー樹脂）
　透明シート状部材に使用されるアイオノマー樹脂としては、特に限定はなく、様々なアイオノマー樹脂を用いることができる。具体的には、エチレン系アイオノマー、スチレン系アイオノマー、パーフルオロカーボン系アイオノマー、テレケリックアイオノマー、ポリウレタンアイオノマー等が挙げられる。これらの中では、積層構造体の機械強度、耐久性、透明性などが良好になる点、第１の透明シート及び第２の透明シートがガラスである場合のこれらとの接着性に優れる点から、エチレン系アイオノマーが好ましい。
　エチレン系アイオノマーとしては、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーが透明性と強靭性に優れるため好適に用いられる。エチレン・不飽和カルボン酸共重合体は、少なくともエチレン由来の構成単位および不飽和カルボン酸由来の構成単位を有する共重合体であり、他のモノマー由来の構成単位を有していてもよい。
　不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸等が挙げられ、アクリル酸、メタクリル酸が好ましく、メタクリル酸が特に好ましい。また、他のモノマーとしては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、１－ブテン等が挙げられる。
　エチレン・不飽和カルボン酸共重合体としては、該共重合体が有する全構成単位を１００モル％とすると、エチレン由来の構成単位を７５～９９モル％有することが好ましく、不飽和カルボン酸由来の構成単位を１～２５モル％有することが好ましい。
　エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーは、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体が有するカルボキシル基の少なくとも一部を金属イオンで中和または架橋することにより得られるアイオノマー樹脂であるが、該カルボキシル基の中和度は、通常は１～９０％であり、好ましくは５～８５％である。
　アイオノマー樹脂におけるイオン源としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム、亜鉛等の多価金属が挙げられ、ナトリウム、亜鉛が好ましい。
　アイオノマー樹脂の製造方法としては特に限定はなく、従来公知の製造方法によって、製造することが可能である。例えばアイオノマー樹脂として、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーを用いる場合には、例えば、エチレンと不飽和カルボン酸とを、高温、高圧下でラジカル共重合を行い、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体を製造する。そして、そのエチレン・不飽和カルボン酸共重合体と、上記のイオン源を含む金属化合物とを反応させることにより、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーを製造することができる。
（ポリウレタン樹脂）
　ポリウレタン樹脂としては、イソシアネート化合物と、ジオール化合物とを反応して得られるポリウレタン、イソシアネート化合物と、ジオール化合物、さらに、ポリアミンなどの鎖長延長剤を反応させることにより得られるポリウレタンなどが挙げられる。また、ポリウレタン樹脂は、硫黄原子を含有するものでもよい。その場合には、上記ジオールの一部又は全部を、ポリチオール及び含硫黄ポリオールから選択されるものとするとよい。ポリウレタン樹脂は、有機ガラスとの接着性を良好にすることができる。そのため、第１の透明シート及び第２の透明シートの少なくとも一枚が有機ガラスである場合に好適に使用される。
（熱可塑性エラストマー）
　熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系熱可塑性エラストマー、脂肪族ポリオレフィンが挙げられる。
　スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。スチレン系熱可塑性エラストマーは、一般的に、ハードセグメントとなるスチレンモノマー重合体ブロックと、ソフトセグメントとなる共役ジエン化合物重合体ブロック又はその水添ブロックとを有する。スチレン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、スチレン－イソプレンジブロック共重合体、スチレン－ブタジエンジブロック共重合体、スチレン－イソプレン－スチレントリブロック共重合体、スチレン－ブタジエン／イソプレン－スチレントリブロック共重合体、スチレン－ブタジエン－スチレントリブロック共重合体、並びにその水素添加体が挙げられる。
　上記脂肪族ポリオレフィンは、飽和脂肪族ポリオレフィンであってもよく、不飽和脂肪族ポリオレフィンであってもよい。上記脂肪族ポリオレフィンは、鎖状オレフィンをモノマーとするポリオレフィンであってもよく、環状オレフィンをモノマーとするポリオレフィンであってもよい。中間膜の保存安定性、及び、遮音性を効果的に高める観点からは、上記脂肪族ポリオレフィンは、飽和脂肪族ポリオレフィンであることが好ましい。
　上記脂肪族ポリオレフィンの材料としては、エチレン、プロピレン、１－ブテン、ｔｒａｎｓ－２－ブテン、ｃｉｓ－２－ブテン、１－ペンテン、ｔｒａｎｓ－２－ペンテン、ｃｉｓ－２－ペンテン、１－ヘキセン、ｔｒａｎｓ－２－ヘキセン、ｃｉｓ－２－ヘキセン、ｔｒａｎｓ－３－ヘキセン、ｃｉｓ－３－ヘキセン、１－ヘプテン、ｔｒａｎｓ－２－ヘプテン、ｃｉｓ－２－ヘプテン、ｔｒａｎｓ－３－ヘプテン、ｃｉｓ－３－ヘプテン、１－オクテン、ｔｒａｎｓ－２－オクテン、ｃｉｓ－２－オクテン、ｔｒａｎｓ－３－オクテン、ｃｉｓ－３－オクテン、ｔｒａｎｓ－４－オクテン、ｃｉｓ－４－オクテン、１－ノネン、ｔｒａｎｓ－２－ノネン、ｃｉｓ－２－ノネン、ｔｒａｎｓ－３－ノネン、ｃｉｓ－３－ノネン、ｔｒａｎｓ－４－ノネン、ｃｉｓ－４－ノネン、１－デセン、ｔｒａｎｓ－２－デセン、ｃｉｓ－２－デセン、ｔｒａｎｓ－３－デセン、ｃｉｓ－３－デセン、ｔｒａｎｓ－４－デセン、ｃｉｓ－４－デセン、ｔｒａｎｓ－５－デセン、ｃｉｓ－５－デセン、４－メチル－１－ペンテン、及びビニルシクロヘキサン等が挙げられる。
（可塑剤）
　透明シート状部材は、熱可塑性樹脂を含有する場合、さらに可塑剤を含有してもよい。透明シート状部材は可塑剤を含有することにより柔軟となり、その結果、積層構造体を柔軟にする。さらには、ガラス板に対する高い接着性を発揮することも可能になる。可塑剤は、熱可塑性樹脂としてポリビニルアセタール樹脂を使用する場合にあわせて含有させると特に効果的である。
　上記可塑剤は、例えば、トリエチレングリコールジ－２－エチルブチレート、トリエチレングリコールジ－２－エチルヘキサノエート、トリエチレングリコールジカプリレート、トリエチレングリコールジ－ｎ－オクタノエート、トリエチレングリコールジ－ｎ－ヘプタノエート、テトラエチレングリコールジ－ｎ－ヘプタノエート、テトラエチレングリコールジ－２－エチルヘキサノエート、ジブチルセバケート、ジオクチルアゼレート、ジブチルカルビトールアジペート、エチレングリコールジ－２－エチルブチレート、１，３－プロピレングリコールジ－２－エチルブチレート、１，４－ブチレングリコールジ－２－エチルブチレート、１，２－ブチレングリコールジ－２－エチルブチレート、ジエチレングリコールジ－２－エチルブチレート、ジエチレングリコールジ－２－エチルヘキサノエート、ジプロピレングリコールジ－２－エチルブチレート、トリエチレングリコールジ－２－エチルペンタノエート、テトラエチレングリコールジ－２－エチルブチレート、ジエチレングリコールジカプリエート、トリエチレングリコールジ－ｎ－ヘプタノエート、テトラエチレングリコールジ－ｎ－ヘプタノエート、トリエチレングリコールジ－２－エチルブチレート、アジピン酸ジヘキシル、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ヘキシルシクロヘキシル、アジピン酸ジイソノニル、アジピン酸ヘプチルノニル、セバシン酸ジブチル、油変性セバシン酸アルキド、リン酸エステルとアジピン酸エステルとの混合物、アジピン酸エステル、炭素数４～９のアルキルアルコール及び炭素数４～９の環状アルコールから作製された混合型アジピン酸エステル、アジピン酸ヘキシル等の炭素数６～８のアジピン酸エステル等が挙げられる。上記可塑剤のなかでも、トリエチレングリコール－ジ－２－エチルヘキサノエート（３ＧＯ）が特に好適に用いられる。
　可塑剤の含有量は、特に限定されないが、熱可塑性樹脂１００質量部に対して、好ましい下限は３０質量部であり、好ましい上限は７０質量部である。可塑剤の含有量を３０質量部以上とすると、透明シート状部材が適度に柔軟になり、取り扱い性等が良好になる。また、可塑剤の含有量を７０質量部以下とすると、透明シート状部材から可塑剤が分離することが防止される。可塑剤の含有量のより好ましい下限は３５質量部、より好ましい上限は６３質量部である。
　また、本発明の透明シート状部材は、熱可塑性樹脂を含有する場合、熱可塑性樹脂、又は熱可塑性樹脂及び可塑剤が主成分となるものであり、熱可塑性樹脂及び可塑剤の合計量が、透明シート状部材全量基準で、通常７０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上である。
（その他添加剤）
　透明シート状部材には、必要に応じて、酸化防止剤、接着力調整剤、顔料、染料等の添加剤を含有してもよい。
　酸化防止剤は、特に限定されず、例えば、２，２－ビス［［［３－（３，５－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－４－ヒドロキシフェニル）プロピオニル］オキシ］メチル］プロパン－１，３－ジオール１，３－ビス［３－（３，５－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－４－ヒドロキシフェニル）プロピオナート］、４，４’－チオビス（６－ｔｅｒｔ－ブチル－３－メチルフェノール）、４，４’－ジメチル－６，６’－ジ（ｔｅｒｔ－ブチル）［２，２’－メチレンビス（フェノール）］、２，６－ジ－ｔ－ブチル－ｐ－クレゾール、４，４’－ブチリデンビス－（６－ｔ－ブチル－３－メチルフェノール）等が挙げられる。
（第１の透明シート、第２の透明シート）
　第１の透明シート及び第２の透明シートは、窓に使用可能なものであればよく、具体的な例としては、無機ガラス、有機ガラスが挙げられる。無機ガラスとしては、特に限定されないが、クリアガラス、フロート板ガラス、磨き板ガラス、型板ガラス、網入り板ガラス、線入り板ガラス、グリーンガラス等が挙げられる。
　また、有機ガラスとしては、特に限定されないが、ポリカーボネート、アクリル樹脂、アクリル共重合体樹脂、ポリエステルなどから構成される透明樹脂板が挙げられる。
　第１の透明シート及び第２の透明シートの双方を用いる場合は、互いに同種の材質から構成されてもよいし、別の材質から構成されてもよい。例えば、第１の透明シートが無機ガラスで、第２の透明シートが有機ガラスであってもよい。ただし、第１の透明シート及び第２の透明シートの両方が無機ガラスであるか、又は両方が有機ガラスであることが好ましい。
　第１の透明シートは、可視光線透過率が高ければ高いほうがよいが、実用的には５０％以上、好ましくは６０％以上である。また、第１の透明シートの可視光線透過率は、１００％以下であればよく、実用的には９９％以下である。
　第２の透明シートを用いる場合は、上記第１の透明シートで説明した範囲の可視光線透過率とすればよい。第１の透明シート及び第２の透明シートそれぞれは、互いに可視光透過率が同一であってもよいし、異なっていてもよい。
　また、第１の透明シートの厚さは、０．１～１０ｍｍが好ましく、０．３～７ｍｍがより好ましい。第２の透明シートを用いる場合は、その厚さは第１の透明シートと同様の範囲とすればよい。第１の透明シート及び第２の透明シートの厚さそれぞれは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
　積層構造体の製造方法は特に限定されないが、第１の透明シートと透明シート状部材を重ね合わせて圧着する方法、あるいは、第１の透明シートと透明シート状部材の間に接着層を設けて積層する方法など種々の公知の方法を採用できる。第２の透明シートを用いる場合は、例えば、第１の透明シート及び第２の透明シートの間に、少なくとも透明シート状部材を配置して、これらを圧着などすることで一体化することで製造すればよい。
＜太陽電池システム＞
　本発明の太陽電池システムは、積層構造体と発電用セルとを備える。発電用セルは、積層構造体の内部において反射などされて、積層構造体の側面に導かれた光を受光できるように配置されればよい。
　図２は、一実施態様として、積層構造体２０と、発電用セル２１とを備える太陽電池システム２２を示す。発電用セル２１は、積層構造体２０の側面２０Ａの外側に配置される。このとき、発電用セル２１は、図２に示すように、積層構造体２０の側面２０Ａに接触するように配置されてもよいし、積層構造体２０の側面２０Ａから離れ、側面２０Ａに対向するように設けられてもよい。ただし、発電用セル２１は、側面の外側に設ける必要はなく、積層構造体２０の周辺部に設ければよく、例えば、積層構造体２０に埋設されていてもよい。
　また、発電用セル２１は、図２に示すように、積層構造体２０の厚さ方向の全体にわたって、積層構造体２０内部に伝播される光を受光できるように配置されてもよいし、厚さ方向の一部において、積層構造体２０内部に伝播される光を受光できるように配置されてもよい。
［発電用セル］
　太陽電池システムにおいて使用する発電用セルは、光を電気に変換するセルであれば特に限定されない。ただし、発電用セルは、最大発光波長又はその近傍の光を高効率で電気に変換するものが好ましい。また、発電用セルは、７８０ｎｍ以上のいずれかの波長において発電効率が最も高くなることが好ましく、８００～１４００ｎｍのいずれかの波長において発電効率が最も高くなることがより好ましく、８２０～１３００ｎｍのいずれかの波長において発電効率が最も高くなることがさらに好ましい。このように近赤外領域の光に対して発電効率が高いと、最大発光波長が近赤外領域にある場合に、発電効率を高くすることができる。
　発電セルの具体例として、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系半導体を光電変換層に用いた発電用セル、ＣｕＩｎＳｅ系やＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ系、Ａｇ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ系、ＣｕＩｎＳ系、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ系、Ａｇ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ系やこれらの固溶体、ＣＩＳ系、ＣＩＧＳ系、ＧａＡｓ系、ＣｄＴｅ系などで代表される化合物系半導体を光電変換層として用いた発電用セル、有機色素などの有機材料を光電変換層に用いた有機系の発電用セルなどが挙げられる。
　発電セルとしては、近赤外領域の光に対して発電効率が高くするために、シリコン系半導体、化合物半導体（ＣＩＳ，ＣＩＧＳ）を光電変換層に用いた発電用セルが好ましい。
　本発明の太陽電池システムは、上記したように太陽電池システムを構成する積層構造体の一方の面が太陽光が入射される屋外側に配置されて使用されるものである。本発明の太陽電池システムは、各種分野に使用可能であるが、自動車、電車、船舶などの各種乗り物、ビル、マンション、一戸建て、ホール、体育館などの各種建築物等の室外窓用に使用されることが好ましい。なお、室外窓とは、本明細書では、太陽光が入射される位置に配置される窓を意味する。したがって、室外窓は、通常、建築物の外面、乗り物の外面に配置されるものであるが、二重窓の内窓などでも、太陽光が入射される位置に配置されるならば、本明細書の室外窓に包含される。
　また、太陽電池システムは、自動車においては、リアウィンドウ、サイドウィンドウ、ルーフウィンドウに使用すればよい。
　本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
　なお、本発明における各物性の測定方法、評価方法は以下のとおりである。
［最大励起波長、最大発光波長］
　最大励起波長は、装置堀場製作所Ｆｌｕｏｒｏｌｏｇ－３により３００～５００ｎｍの励起光を照射したとき、最大発光波長の条件で検出した蛍光強度が最大となる励起光の波長である。最大発光波長は、最大励起波長の光を照射したときに、７８０～１４００nmの条件で検出した発光強度が最大となる波長である。
［透過率］
　積層構造体の３８０～７８０ｎｍの可視光線透過率を、ＪＩＳＲ３２１２に準拠して測定機器紫外可視赤外分光光度計（日立ハイテク社製、ＵＨ４１５０）で測定した。
［屈折率］
　各透明シート及び透明シート状部材の屈折率を、測定機器デジタルアッベ屈折計（アダコ社製、ＤＲ－Ａ１）で測定した。
［端部光量］
　積層構造体の一方の面、すなわち第１の透明シート側から擬似太陽光を入射させ、積層構造体の側面から出射される光の光量を測定し、１００×光量／入射エネルギーを端部光量（％）とした。擬似太陽光の光源としては、朝日分光株式会社製のソーラーシュミレーターＨＡＬ－Ｃ１００を用い、光量の測定は、朝日分光株式会社製の光量チェッカーを用いた。
　端部光量（％）は、以下の基準で評価した。
　Ａ：１．５％以上
　Ｂ：１．５％未満
　各実施例、比較例の各透明シートに使用した各化合物、材料は、以下のとおりである。
＜ポリビニルブチラール樹脂＞アセタール化度１モル％、水酸基量３０．５モル％、重合度１７００
＜エチレン－酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）＞酢酸ビニル含有率３０質量％
＜可塑剤＞トリエチレングリコールジ－２－エチルヘキサノエート（３ＧＯ）
＜酸化防止剤＞２，６－ジ－ｔ－ブチル－ｐ－クレゾール（ＢＨＴ）
＜波長変換材料＞ＢａＳｎＯ３
平均粒径５０ｎｍ、最大励起波長３７０ｎｍ、最大発光波長８４０ｎｍ
＜波長変換材料＞Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ，Ｙｂ
平均粒径５０ｎｍ、最大励起波長３６０ｎｍ、最大発光波長１０２０ｎｍ
＜波長変換材料＞Ｙ２ＳｉＯ５：Ｐｒ，Ｙｂ
平均粒径５０ｎｍ、最大励起波長４００ｎｍ、最大発光波長１０２０ｎｍ
＜波長変換材料＞２，５-ジヒドロキシテレフタル酸ジエチル　Ａｌｄｒｉｃｈ社製
　平均粒径５０ｎｍ、最大励起波長３９０ｎｍ、発光波長４２０ｎｍ
　［実施例１］
（１）透明シート状部材の作製
　ポリビニルブチラール樹脂１００質量部に対して、可塑剤４０質量部、酸化防止剤０．２質量部、波長変換材料としてＢａＳｎＯ３を０．０５質量部加えて混合した。混合物を二軸異方押出機により押出成形して、膜厚７６０μｍの透明シート状部材を作製した。
（２）積層構造体の作製
　得られた透明シート状部材を縦３００ｍｍ×横３００ｍｍに切断した。第１の透明シート及び第２の透明シートとして透明なクリアガラス板（厚さ５ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）を用い、これら２枚のクリアガラス板の間に前記透明シート状部材を挟み込んで仮圧着させた。該仮圧着させたものを、オートクレーブ中で１５０℃、圧力１．２ＭＰａの条件で３０分間圧着し、積層構造体を得た。
　得られた積層構造体の評価結果を表１に示した。
　［実施例２～８］
　透明シート状部材に用いる樹脂、波長変換材料、第１の透明シート及び第２の透明シートとして表１、２に示すものを使用して、実施例１と同様にして、実施例２～８の積層構造体を得た。
　［比較例１]
（１）他の透明シートの作製
　ポリビニルブチラール樹脂１００質量部に対して、可塑剤４０質量部、酸化防止剤０．２質量部を加えて混合した。混合物を二軸異方押出機により押出成形して、膜厚７６０μｍの他の透明シートを作製した。
（２）積層構造体の作製
　得られた他の透明シートを縦３００ｍｍ×横３００ｍｍに切断した。第１の透明シート及び第２の透明シートとして透明なクリアガラス板（厚さ５ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）を用い、これら２枚のクリアガラス板の間に前記他の透明シートを挟み込んで仮圧着させた。該仮圧着させたものを、オートクレーブ中で１５０℃、圧力１．２ＭＰａの条件で３０分間圧着し、積層構造体を得た。
　得られた積層構造体の評価結果を表３に示した。
　［比較例２]
（１）透明シート状部材の作製
　波長変換材料として２，５-ジヒドロキシテレフタル酸ジエチルを用いた以外は、実施例１と同様にして透明シート状部材を得た。
（２）積層構造体の作製
　実施例１と同様にして積層構造体を得た。
　［比較例３]
（１）透明シート状部材の作製
　ポリエチレンテレフタレート樹脂１００質量部に、波長変換材料としてＢａＳｎＯ３を０．０５質量部加えて混合した。混合物を二軸異方押出機により押出成形して、膜厚７６０μｍの透明シート状部材を作製した。
（２）他の透明シートの作製
　比較例１と同様にして他の透明シートを得た。得られた積層構造体の評価結果を表３に示した。
（３）積層構造体の作製
　得られた透明シート状部材及び他の透明シートを縦３００ｍｍ×横３００ｍｍに切断した。第１の透明シートとして透明なクリアガラス板（厚さ５ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）を用い、第１の透明シートと透明シート状部材の間に他の透明シートを挟み込んで仮圧着させた。該仮圧着させたものを、オートクレーブ中で１５０℃、圧力１．２Ｍｐａの条件で３０分間圧着し、積層構造体を得た。
　得られた積層構造体の評価結果を表３に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　実施例１～８より、第１の透明シートの方が、波長変換材料を含有する透明シート状部材よりも屈折率が高い積層構造体は、積層構造体の側面における光量（端部光量）が多かった。
　これに対して、波長変換材料を含まない場合（比較例１）、波長変換材料の最大発光波長が７８０ｎｍ未満である場合（比較例２）、第１の透明シートの方が波長変換材料を含有する透明シート状部材よりも屈折率が低い場合（比較例３）は、積層構造体の側面における光量が少なかった。
　１０　透明シート状部材
　１１　第１の透明シート
　１２　第２の透明シート
　２０　積層構造体
　２０Ａ　側面
　２１　発電用セル
　２２　太陽電池システム

Claims (7)

  1. 　太陽光を吸収することで発電する太陽電池システムであって、
    　積層構造体と前記積層構造体の周辺部に配置された発電用セルを備え、
    　前記積層構造体は、波長変換材料を含有する透明シート状部材と、第１の透明シートとが積層されており、
    　前記波長変換材料の最大発光波長が７８０ｎｍ以上であり、
    　前記第１の透明シートの屈折率ｎａ１が前記透明シート状部材の屈折率ｎｂよりも高い、太陽電池システム。
  2. 　前記透明シート状部材の屈折率ｎｂが１．３０～１．８０である、請求項１に記載の太陽電池システム。
  3. 　前記透明シート状部材の屋外側に第１の透明シートが配置された、請求項１又は２に記載の太陽電池システム。
  4. 　前記積層構造体が、前記透明シート状部材と、前記透明シート状部材の両面に設けられる第１及び第２の透明シートとを備える、請求項１～３のいずれかに記載の太陽電池システム。
  5. 　前記第２の透明シートの屈折率ｎａ2が透明シート状部材の屈折率ｎｂよりも高い、請求項４に記載の太陽電池システム。
  6. 　前記透明シート状部材が、樹脂を含有しており、該樹脂中に前記波長変換材料が分散されている、請求項１～５のいずれかに記載の太陽電池システム。
  7. 　前記第１の透明シートが、無機ガラス及び有機ガラスのいずれかである、請求項１～６のいずれかに記載の太陽電池システム。
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