JP2012023089A - Power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば太陽光を利用して発電を行う発電装置に関する。 The present invention relates to a power generation apparatus that generates power using, for example, sunlight.
近年、省資源化や低コスト化を実現可能な発電装置(光電変換装置)として、太陽電池が様々な用途において実用化されつつある。この太陽電池には、例えばシリコン薄膜や、CdTe系、ClGS系等の無機化合物、更には高分子ポリマーや低分子ポリマー等の有機化合物など、様々な材料を用いたものが開発されている。 In recent years, solar cells are being put into practical use in various applications as power generation devices (photoelectric conversion devices) that can realize resource saving and cost reduction. For example, silicon solar cells have been developed using various materials such as silicon thin films, inorganic compounds such as CdTe and ClGS, and organic compounds such as high molecular polymers and low molecular polymers.
一般に、上記のような太陽電池は、ガラス等の透明基板上に、透明電極、光電変換層および反射電極をこの順に設けた構造を有している。このような構造において、透明基板側から光電変換層へ入射した光を、光電流として透明電極および反射電極を通じて外部へ取り出すことができるようになっている。このように、太陽電池では、内部に取り込まれた太陽光等の光エネルギーが電気エネルギーに変換されて発電がなされる。 In general, the solar cell as described above has a structure in which a transparent electrode, a photoelectric conversion layer, and a reflective electrode are provided in this order on a transparent substrate such as glass. In such a structure, light incident on the photoelectric conversion layer from the transparent substrate side can be extracted outside as a photocurrent through the transparent electrode and the reflective electrode. As described above, in the solar cell, light energy such as sunlight taken in is converted into electric energy to generate electric power.
また最近では、このような発電機能を例えば建築物の窓ガラス等に付加する技術が開発されている(例えば、特許文献1)。このような発電装置(以下、発電窓ガラスという)では、ガラス等の透明基板の上に、光電変換層と、この光電変換層を挟む一対の透明電極とが設けられ、更にこの上に接着層を介して他の透明基板が貼り合わせられた積層構造を有している。これにより、窓ガラスへ入射する太陽光が光電変換層へ取り込まれ、発電がなされる仕組みとなっている。 Recently, a technique for adding such a power generation function to, for example, a window glass of a building has been developed (for example, Patent Document 1). In such a power generation device (hereinafter referred to as power generation window glass), a photoelectric conversion layer and a pair of transparent electrodes sandwiching the photoelectric conversion layer are provided on a transparent substrate such as glass, and an adhesive layer is further formed thereon. It has a laminated structure in which another transparent substrate is bonded to each other. Thereby, the sunlight which injects into a window glass is taken in into a photoelectric converting layer, and it has a mechanism by which electric power generation is made | formed.
しかしながら、上記のような発電窓ガラスでは、窓ガラスのほぼ全域に渡って光電変換層が設けられるため、窓ガラスへの入射光の大部分が光電変換層に取り込まれ、窓ガラスの光透過率が著しく低下するという問題がある。この結果、屋外(室外)からの光が遮られ、外界の視界が損なわれてしまっていた。 However, in the power generation window glass as described above, since the photoelectric conversion layer is provided over almost the entire area of the window glass, most of the incident light to the window glass is taken into the photoelectric conversion layer, and the light transmittance of the window glass There is a problem that the remarkably decreases. As a result, the light from the outside (outdoors) is blocked, and the visibility of the outside world has been impaired.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、特定の方向からの入射光に対する透過率低減を抑制しつつ発電を行うことが可能な発電装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this problem, The objective is to provide the electric power generating apparatus which can generate electric power, suppressing the transmittance | permeability reduction with respect to the incident light from a specific direction.
本発明の発電装置は、互いに対向する光入射面および光出射面を有する基体と、基体の光入射面側に設けられ、入射角度に応じて散乱特性が異なる機能を有する光制御層と、光制御層からの出射光の一部を受光する光電変換素子とを備えたものである。 The power generation device of the present invention includes a base body having a light incident surface and a light output surface that face each other, a light control layer that is provided on the light incident surface side of the base body, and has a function of varying scattering characteristics depending on an incident angle, And a photoelectric conversion element that receives part of the light emitted from the control layer.
本発明の発電装置では、基体の光入射面に、入射角度に応じて散乱特性が異なる機能(散乱異方性)を有する光制御層が設けられていることにより、この光制御層に、所定の角度で光が入射したときのみ散乱が生じる。散乱光として光制御層を出射した光の一部は、基体内部を伝播した後、光電変換素子において受光される。一方、上記と異なる特定の角度で光制御層へ光が入射したときには、散乱は生じず、入射光は、光制御層および基体を透過して光出射面から出射する。 In the power generation device of the present invention, a light control layer having a function (scattering anisotropy) having different scattering characteristics depending on the incident angle is provided on the light incident surface of the substrate. Scattering occurs only when light is incident at an angle of. A part of the light emitted from the light control layer as scattered light propagates through the inside of the substrate and is then received by the photoelectric conversion element. On the other hand, when light enters the light control layer at a specific angle different from the above, scattering does not occur, and the incident light passes through the light control layer and the substrate and is emitted from the light exit surface.
本発明の発電装置によれば、基体の光入射面側に、入射角度に応じて散乱特性が異なる機能を有する光制御層を設けたので、所定の角度で入射した光の一部を光電変換素子に導いて発電を行う一方で、それとは異なる特定の角度で入射した光を散乱させずに透過させ、基体の光出射面より出射させることができる。よって、特定の方向からの入射光に対する透過率低減を抑制しつつ発電を行うことが可能となる。 According to the power generation device of the present invention, since the light control layer having the function of different scattering characteristics depending on the incident angle is provided on the light incident surface side of the substrate, a part of the light incident at a predetermined angle is photoelectrically converted. While power is generated by being guided to the element, light incident at a specific angle different from that can be transmitted without being scattered and emitted from the light exit surface of the substrate. Therefore, power generation can be performed while suppressing a reduction in transmittance with respect to incident light from a specific direction.
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、説明は以下の順序で行う。
1.実施の形態(透明基板の光入射面に光制御フィルム、側面に太陽電池を設けた発電窓ガラスの例)
2.変形例1(透明基板の光出射面の端部に太陽電池を設けた例)
3.変形例2(透明基板の光入射面の端部に太陽電池を設けた例)
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. Embodiment (Example of power generation window glass in which a light control film is provided on a light incident surface of a transparent substrate and a solar cell is provided on a side surface)
2. Modification 1 (Example in which a solar cell is provided at the end of the light emission surface of the transparent substrate)
3. Modification 2 (Example in which a solar cell is provided at the end of the light incident surface of the transparent substrate)
<実施の形態>
[発電窓ガラス1の構成]
図1は、本発明の一実施の形態に係る発電窓ガラス1(発電装置)の断面構成を表したものである。発電窓ガラス1は、ガラス等の透明基板に発電機能を付加したものであり、例えばオフィスビルや家等の建築物の窓ガラスや、一面ガラス張りの壁面として使用されるものである。本実施の形態では、部屋の側壁等に設置されて使用される発電窓ガラス1を例に挙げて説明する。この発電窓ガラス1は、所定の端部(端部D)を下にした状態で使用される(側壁等に設置される)。端部Dは、例えば、発電窓ガラス1(後述の透明基板10)の側面とその周辺部分(端部近傍)に相当するものとする。
<Embodiment>
[Configuration of power generation window glass 1]
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a power generation window glass 1 (power generation device) according to an embodiment of the present invention. The power
この発電窓ガラス1は、例えば、透明基板10(基体)の一面(光入射面)に、異方性散乱フィルムとしての光制御フィルム12(光制御層)が貼り合わせられたものであり、透明基板10の端部には、太陽電池11が設けられている。これらのうち透明基板10が室内(屋内)A、光制御フィルム12が室外(屋外)Bにそれぞれ向くように設置される。太陽電池11は、透明基板10の端部D、例えば本実施の形態では、透明基板10の光入射面S1および光出射面S2の各面に対向しない下方の側面に設けられている。尚、この太陽電池11は、透明基板10および光制御フィルム12の側面の全域にわたって設けられていてもよいし、透明基板10の側面の一部に設けられていてもよい。また、太陽電池11は、太陽光に対して露出していてもよいが、窓枠(サッシ)等により覆われていてもよいし、建築物の床等に埋設されていてもよい。また、透明基板10の平面形状(光入射面に平行な面)が例えば矩形状である場合には、太陽電池11は、その平面形状における一辺にのみ設けられていてもよいし、各辺に設けられていてもよい。
The power
(透明基板10)
透明基板10は、例えば光入射面S1と光出射面S2とが正対する平行平板状のガラス基板であり、厚みは例えば0.1mm〜5.0mmである。但し、透明基板10としては、ガラス基板の他にも、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド、ポリカーボネート(PC)、COP(シクロオレフィンポリマー)等のプラスチック基板であってもよい。また、透明基板10は、必ずしも平行平板状である必要はなく、光入射面S1と光出射面S2とが対向していれば、楔形状等、透明基板10の厚みが上端側と下端(端部D)側とで異なっていてもよい。
(Transparent substrate 10)
The
(太陽電池11)
太陽電池11は、太陽光等の光を受光し、その受光した光のエネルギーを電力に変換する光電変換素子である。太陽電池11としては、例えば、シリコン薄膜を用いたもの、結晶シリコン,多結晶シリコン,微結晶シリコンを用いたもの、III−V族系、CdTe系、ClGS系の無機化合物を用いたもの、導電性ポリマーやフラーレン等の有機化合物を用いたもの、および有機色素を用いたもの(色素増感型)等、様々なタイプの太陽電池が挙げられる。ここでは、その一例として、有機化合物を用いた有機薄膜太陽電池の構成について説明する。
(Solar cell 11)
The
図2は、有機薄膜太陽電池としての太陽電池11の断面構成を表したものである。太陽電池11は、例えば透明基板110上に、透明電極111、光電変換層112、LiF(フッ化リチウム)層113および反射電極114をこの順に積層したものである。透明基板110の裏面側から光を入射させて、光電変換層112へ光を取り込むようになっている。
FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of a
透明基板110は、光電変換層112に入射する光に対して透明な材料、例えば、ガラス、プラスチック等からなる。透明基板110の透過率は、光電変換層112に入射する光に対して概ね70%以上となっていることが好ましい。透明基板110に好適に用いることの可能なプラスチックとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド、ポリカーボネート(PC)、COP(シクロオレフィンポリマー)等が挙げられる。透明基板110は、リジッド性を有するものであることが好ましいが、フレキシブル性を有するものであってもよい。 The transparent substrate 110 is made of a material that is transparent to light incident on the photoelectric conversion layer 112, such as glass or plastic. The transmittance of the transparent substrate 110 is preferably about 70% or more with respect to the light incident on the photoelectric conversion layer 112. Examples of the plastic that can be suitably used for the transparent substrate 110 include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide, polycarbonate (PC), and COP (cycloolefin polymer). The transparent substrate 110 is preferably a rigid substrate, but may be a flexible substrate.
透明電極111は、光電変換層112で受光する光に対して透明な材料であって、かつ導電性を有する材料によって構成されている。そのような材料としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムスズ)、SnO(酸化スズ)、IZO(酸化インジウム亜鉛)等が挙げられる。 The transparent electrode 111 is made of a material that is transparent to light received by the photoelectric conversion layer 112 and has conductivity. Examples of such materials include ITO (Indium Tin Oxide), SnO (tin oxide), IZO (indium zinc oxide), and the like.
光電変換層112は、入射した光を吸収し、その吸収した光の持つエネルギーを電力へ変換させる機能を有するものである。この光電変換層112は、pn接合を形成するp型とn型の導電性ポリマーを積層してなる。例えば、光電変換層112は、透明電極111の側から順に、p型導電膜としてのCuPc(銅フタロシアニン)112aと、n型導電膜としてのC60(フラーレン)112bと、BCP(Bathocuproine)112cとを積層したものである。 The photoelectric conversion layer 112 has a function of absorbing incident light and converting the energy of the absorbed light into electric power. The photoelectric conversion layer 112 is formed by stacking p-type and n-type conductive polymers that form a pn junction. For example, the photoelectric conversion layer 112 includes, in order from the transparent electrode 111 side, CuPc (copper phthalocyanine) 112a as a p-type conductive film, C 60 (fullerene) 112b as an n-type conductive film, and BCP (Bathocuproine) 112c. Are laminated.
LiF層113は、仕事関数の小さいアルカリ金属化合物よりなり、駆動電圧を低下させる機能を有するものである。 The LiF layer 113 is made of an alkali metal compound having a small work function and has a function of reducing the drive voltage.
反射電極114は、光電変換層112に入射してきた光を高反射率で反射する材料、例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、白金(Pt)、金(Au)、クロム(Cr)、タングステン(W)およびニッケル(Ni)のうちの少なくとも1種を含んで構成されている。 The reflective electrode 114 is a material that reflects light incident on the photoelectric conversion layer 112 with a high reflectance, such as aluminum (Al), silver (Ag), platinum (Pt), gold (Au), chromium (Cr), It is configured to include at least one of tungsten (W) and nickel (Ni).
(光制御フィルム12)
図3(A)は、光制御フィルム12の機能について模式的に表したものであり、図3(B)は、そのような機能を実現するための具体的な構造を模式的に表したものである。図3(A)に示したように、光制御フィルム12は、所定の入射角度(例えば、散乱領域SAにある角度)で光が入射したときに、散乱を生じさせる一方、他の特定の入射角度(例えば、非散乱領域SBにある角度)で光が入射したときには散乱を生じさせずに、それぞれ透明基板10側へ透過させる機能を有している。尚、この散乱領域SAが本発明における第1の角度領域、非散乱領域SBが本発明における第2の角度領域の一具体例に相当する。
(Light control film 12)
3A schematically shows the function of the
散乱領域SAは、例えば発電窓ガラス1を設置したときに斜め上方からの入射光に対応する角度領域であることが望ましい。具体的には、光入射面S1に垂直な方向を0°、光入射面S1に沿った軸方向における上端側を90°、下端(端部D)側を−90°とした場合、例えば0°〜90°の範囲内で設定されることが望ましく、30°〜90°の範囲で設定されることがより望ましい。太陽からの光を効率良く取り込むことができるためである。
The scattering region SA is desirably an angle region corresponding to incident light from obliquely above when the power
非散乱領域SBは、上記散乱領域SA以外の角度領域に設定されるが、0°を含んでいることが望ましい。詳細は、後述するが、正面方向における視界を良好に確保するためである。 The non-scattering region SB is set in an angle region other than the scattering region SA, but preferably includes 0 °. Although details will be described later, this is for ensuring good visibility in the front direction.
尚、これらの散乱領域SAおよび非散乱領域SBはそれぞれ、上記−90°〜90°の範囲内において、ひとつながりの連続的な範囲(例えば散乱領域SAは60°以上90°以下等)であってもよいし、不連続な範囲や値であってもよい(例えば、散乱領域SAが50°、60°、70°等)。 Each of the scattering region SA and the non-scattering region SB is a continuous range (for example, the scattering region SA is 60 ° or more and 90 ° or less, etc.) within the range of −90 ° to 90 °. It may be a discontinuous range or value (for example, the scattering region SA is 50 °, 60 °, 70 °, etc.).
このような散乱異方性を発揮する構造としては、例えば図3(B)に示したような層構造が挙げられる。具体的には、光制御フィルム12は、屈折率n1の第1屈折率領域12Aと、屈折率n2の第2屈折率領域12Bとを、交互に、かつ所定の方向αに沿って(所定の傾斜角で)積層したものである。これらの第1屈折率領域12Aおよび第2屈折率領域12Bの屈折率n1,n2の値、膜厚、ピッチ、方向αの傾斜角等を適宜調整することによって、所望の散乱領域SAおよび非散乱領域SBを設定可能である。
As a structure exhibiting such scattering anisotropy, for example, a layer structure as shown in FIG. Specifically, the
[発電窓ガラス1の作用・効果]
次に、上記のような発電窓ガラス1の作用・効果について、図1〜図5を参照して説明する。図4は、従来の発電窓ガラス(発電窓ガラス100)の断面構造を模式的に表したものである。図5(A)は、光制御フィルム12において散乱が生じたときの太陽電池11への導光の様子、図5(B)は、非散乱時における光透過の様子をそれぞれ模式的に表したものである。
[Operation and effect of power generation window glass 1]
Next, the operation and effect of the power
発電窓ガラス1では、光制御フィルム12から入射した光(太陽光等)の一部が、太陽電池11に取り込まれ、発電がなされる。詳細には、太陽電池11では、例えば図2に示したように、透明基板110の裏面側より入射した光が、光電変換層112へ取り込まれると、光電変換層112において、入射光の持つエネルギーによって伝導電子が増加し、内蔵電場により正孔と電子が引き離される(正孔−電子対が生じる)。このようにして生じた電荷を、透明電極111および反射電極114を通じて外部へ取り出すことで、光電流が発生する(発電がなされる)。
In the power
ここで、図4に、従来の発電窓ガラス(発電窓ガラス100)の断面構造を模式的に示す。このように、発電窓ガラス100では、透明基板101の光入射側に、その全域にわたって、光電変換層103と、この光電変換層103を挟む一対の透明電極102,104とが設けられている。更に、透明電極104上には、接着層105を介して透明基板106が貼り合わせられている。このような積層構造により、透明基板106側から入射する光が光電変換層103へ取り込まれ、発電がなされる仕組みとなっている。
Here, FIG. 4 schematically shows a cross-sectional structure of a conventional power generation window glass (power generation window glass 100). Thus, in the power
ところが、上記発電窓ガラス100のように、透明基板101上の全域に光電変換層103が形成された構造(透明基板101上の全面に太陽電池が形成された構造)では、例えば斜め上方からの入射光(太陽光等)L1および正面方向における入射光L2のいずれも、その大部分が光電変換層103において吸収される。この結果、発電窓ガラス100を透過する光L3はほとんどなくなり、光透過率が著しく低下してしまう。
However, in the structure in which the
これに対し、本実施の形態では、透明基板10の光入射面S1側に、光制御フィルム12が設けられ、太陽電池11は、その透明基板10の一部領域、具体的には端部D側の側面に設けられている。
On the other hand, in the present embodiment, the
このような構造により、外部からの光は、まず光制御フィルム12に入射する。そして、上述のような光制御フィルム12の機能、構造により、図5(A)に示したように、所定の角度(図3(A)に示した散乱領域SAにある角度)で光(L1)が入射したときには、光制御フィルム12において散乱が生じ、その散乱光が透明基板10へ入射する。このような入射光L1に基づく散乱光のうち、光出射面S2に対して臨界角以上となる角度で透明基板10へ入射した光L1aは、透明基板10内部を端部Dに向かって伝播し、端部Dに設けられた太陽電池11において受光される。また、散乱光のうち、光出射面S2に対して臨界角未満となる角度で透明基板10へ入射した光L1bは、透明基板10を透過して光出射面S2より出射する。
With such a structure, external light first enters the
一方、図5(B)に示したように、上記と異なる特定の角度(非散乱領域SBにある角度)で光(L2)が入射したときには、光制御フィルム12において散乱は生じず、入射光L2は、光制御フィルム12および透明基板10を透過して(透過光L3)として光出射面S2より出射する。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when light (L2) is incident at a specific angle different from the above (an angle in the non-scattering region SB), no scattering occurs in the
以上のように、本実施の形態では、透明基板10の光入射面S1側に光制御フィルム12を設けたので、入射光のうち散乱領域SAにある角度で入射した光を、透明基板10の端部Dに配置された太陽電池11に導いて発電を行う一方で、非散乱領域SBにある角度で入射する光については、光出射面S2から出射させ、発電窓ガラス1を(室外Bから室内Aへ向けて)透過させることができる。よって、特定の方向からの入射光に対する透過率低減を抑制しつつ発電を行うことが可能となる。
As described above, in the present embodiment, since the
例えば、散乱領域SAを斜め上方となる50°〜90°の範囲に設定すれば、通常太陽光は斜め上方から降り注ぐため、そのような太陽光に対し効果的に散乱を生じさせ、太陽電池11での受光量を確保し易くなる。一方で、非散乱領域SBが0°を含むように設定すれば、特に室内Aから室外Bを水平方向(正面方向)に沿って真っすぐに見る場合における透過率低減を抑制することができ、窓ガラス越しに見る正面方向における室外Bの視界が暗くなることを防ぐことができる。
For example, if the scattering region SA is set in a range of 50 ° to 90 ° which is obliquely upward, since normal sunlight falls from obliquely upward, such solar light is effectively scattered, and the
[実施例]
上記のような光制御フィルム12を用いた発電窓ガラス1について、以下に示す照度および発電特性の測定を行うと共に、散乱特性について評価した。
[Example]
For the power
(照度測定)
実施例として、図6(A)に示したように、透明基板10(厚み3mmのガラス板)の一面に、光制御フィルム(厚み0.5mm)を貼り付けたものに、光L1を入射させ、透明基板10の端部(上記端部Dに相当)から出射する光の照度(lx)を測定した。この際、光制御フィルムとしては、上述の散乱領域SAに50°を含むものを用い、測定器120としては、ソーラーシミュレーター(HAL-320)を用いた。
(Illuminance measurement)
As an example, as shown in FIG. 6 (A), the light L1 is incident on one surface of a transparent substrate 10 (a glass plate having a thickness of 3 mm) pasted with a light control film (a thickness of 0.5 mm). The illuminance (lx) of light emitted from the end of the transparent substrate 10 (corresponding to the end D) was measured. At this time, as the light control film, a film including 50 ° in the above-described scattering region SA was used, and as the measuring
また、このような実施例の比較例として、図6(B)に示したような何も配置しない場合(比較例1)と、図6(C)に示したような透明基板10(厚み3mmのガラス板)のみを配置した場合(比較例2)についても、入射光L1に対する出射光の照度を測定した。尚、いずれの場合においても、入射光L1を、角度50°の方向から、23120(lx)の照度で入射させた。これらの測定結果を図7に示す。
Moreover, as a comparative example of such an example, the case where nothing is arranged as shown in FIG. 6B (Comparative Example 1) and the transparent substrate 10 (
図7に示したように、比較例1および、透明基板10のみの比較例2に比べ、光制御フィルム12を用いた実施例では、出射光の照度が大きいことがわかる。例えば、入射光照度に対する出射光照度の比率(入射光照度/出射光照度×100)は、比較例2では0.09%であるのに対し、実施例では0.43%となり、比較例2の約5倍となった。従って、透明基板10の光入射面に光制御フィルム12を設けることで、透明基板10の端部から取り出される光量が増加することがわかる。
As shown in FIG. 7, it can be seen that the illuminance of the emitted light is larger in the example using the
(発電特性測定)
上記照度測定により、光制御フィルム12に作用により透明基板10の端部からの光量が増すことがわかったが、更なる実施例として、図8に示したように、透明基板10の端部に太陽電池11を配置し、その太陽電池11における発電特性について、電気化学アナライザ130を用いて測定した。また、上記比較例2についての測定も行った。その結果(電流電圧特性(I−V特性))を、図9に示す。また、以下の表1に、最大動作点(W)、短絡電流(A)および開放電圧(V)の各値についても示す。
(Power generation characteristic measurement)
From the above illuminance measurement, it was found that the amount of light from the end of the
これらの結果から、光制御フィルム12を用いた実施例では、透明基板10のみの比較例2と比較して発電量が約1.8倍となり、良好な発電特性を示すことがわかった。
From these results, it was found that in the example using the
(散乱特性評価)
更に、透明基板10に光制御フィルム12を貼り付けたサンプルに対し、散乱特性(入射光に対する出射光の角度分布)について測定した。この際、図10に示したように、入射光Linの入射角度は、光制御フィルム12の面内方向に垂直な方向を0°とし、一端側を90°、他端側を−90°とし、出射光Loutの出射角度は、入射光Linの入射角度と正負を逆にして示している。また、光制御フィルム12としては、散乱領域SAを0°〜60°に設定し、非散乱領域SBを−60°〜−20°に設定したものを用いた。図11(A)に、散乱領域SAから入射した光(入射角0°,20°,40°,60°)の各出射光の角度分布について示す。また、図11(B)に、非散乱領域SBから入射した光(入射角−60°,−40°,−20°)の各出射光の角度分布について示す。
(Scattering characteristics evaluation)
Further, the scattering characteristics (angle distribution of outgoing light with respect to incident light) were measured for the sample in which the
図11(A)に示したように、散乱領域SAから光が入射した場合、透明基板10端部への伝播光(発電に利用される光)が生じるため、透過率は低下するが、出射角が入射角と異なる領域に分散しており、光制御フィルム12において散乱が生じていることがわかる。一方、図11(B)に示したように、非散乱領域SBから入射した光は、出射光Loutの角度が入射角とほぼ同等となっており、光制御フィルム12を散乱作用を受けずに透過していることがわかる。
As shown in FIG. 11A, when light enters from the scattering region SA, propagation light (light used for power generation) to the end of the
次に、上記実施の形態で説明した発電窓ガラスの変形例(変形例1〜3)について説明する。尚、以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し適宜説明を省略する。 Next, modified examples (modified examples 1 to 3) of the power generation window glass described in the above embodiment will be described. In the following description, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
<変形例1>
図12は、変形例1に係る発電窓ガラスの断面構成を模式的に表したものである。本変形例の発電窓ガラスは、上記実施の形態の発電窓ガラス1と同様、透明基板10の光入射面S1に光制御フィルム12を有し、透明基板10の端部Dに太陽電池11が設けられたものである。但し、太陽電池11の設置領域が、上記実施の形態と異なっており、本変形例では、透明基板10の光出射面S2上に設けられている。また、透明基板10の光入射面S1上において、光制御フィルム12が貼られていない領域12Eを有しており、この領域12Eに対向して太陽電池11が配置されている。これは、太陽電池近辺では、散乱の必要性がなく、また太陽電池11の対向面に光制御フィルム12が形成されていると、その面における全反射光が減るためである。領域12Eのように、光制御フィルム12が貼られていない領域を設けることで、全反射する光の量を増やすことができる。このように、光制御フィルム12は、必ずしも透明基板10の光入射面の全域に設けられていなくともよい。本変形例のように、太陽電池11の設置場所等に応じて、光制御フィルム12の貼られていない領域があってもよい。上記のような構成であっても、上記実施の形態と同様、散乱作用を受けて透明基板10内を伝播する光L1aを太陽電池11に取り込み、発電を行うことができる。
<
FIG. 12 schematically illustrates a cross-sectional configuration of the power generation window glass according to the first modification. The power generation window glass of this modification has the
<変形例2>
図13は、変形例2に係る発電窓ガラスの断面構成を模式的に表したものである。本変形例の発電窓ガラスは、上記実施の形態の発電窓ガラス1と同様、透明基板10の光入射面S1に光制御フィルム12を有し、透明基板10の端部Dに太陽電池11が設けられたものである。但し、太陽電池11の設置領域が、上記実施の形態と異なり、本変形例では、透明基板10の光入射面S1上に設けられている。具体的には、光入射面S1上において、光制御フィルム12が貼られていない領域12Eを有し、この領域12Eに太陽電池11が配置されている。このような構成であっても、上記実施の形態と同様、散乱の作用を受けて透明基板10内を伝播する光L1aを太陽電池11に取り込み、発電を行うことができる。
<
FIG. 13 schematically illustrates a cross-sectional configuration of the power generation window glass according to the second modification. The power generation window glass of this modification has the
上記変形例1,2のように、太陽電池11は、上記実施の形態における透明基板10の側面に限らず、光入射面S1または光出射面S2と同一面上に配置されていてもよい。いずれの場合であっても、太陽電池11が透明基板10の端部Dに配置されていれば、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。但し、太陽電池11の配置領域は、必ずしも端部Dである必要はなく、透明基板10の一部の領域であれば、発電窓ガラスの用途等に応じて他の部分であってもよい。
Like the said
<変形例3>
図14(A)〜(C)は、変形例3に係る発電ガラスの断面構成を模式的に表したものである。本変形例の発電ガラスは、上記実施の形態の発電窓ガラス1と同様、透明基板10の端部Dに太陽電池11が設けられたものである。但し、本変形例では、透明基板10の光入射面S1に対向する面が光反射面S3となっている。具体的には、この透明基板10の光反射面S3に、例えばアルミニウム(Al)や銀(Ag)等の光反射性を有する金属からなる光反射層13が設けられている。また、透明基板10の光入射面S1には、散乱フィルム14(散乱異方性なくともよい)が貼り合わせられている。このような構造は、光反射層13は、太陽電池を側面に設置した場合(図14(A))、光入射面S1に設置した場合(図14(B))、および光反射面S3に設置した場合(図14(C))のいずれの場合にも適用可能である。
<
14A to 14C schematically show a cross-sectional configuration of the power generation glass according to the third modification. The power generation glass of this modification is one in which the
本変形例のように、光反射層13を用いることにより、入射光L1を散乱フィルム14によって散乱させ、その散乱光の一部を透明基板10を伝播させる際に、より多くの光を太陽電池11へ導くことができる。これにより、太陽電池へ取り込まれる光量が上記実施の形態等に比べ増加するため、太陽電池の設置面積を小さくすることができる。このような発電ガラスは、特に、建物の壁面や天井等に好適に設置することができる。
As in this modification, by using the
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、本発明の発電装置として発電窓ガラスを例に挙げ、これが、部屋の側壁等に設置される場合を例に挙げて説明したが、発電窓ガラスの設置場所や向きは、上述のものに限られるわけではない。例えば、発電窓ガラスを天窓のような天井に設置する窓ガラスに適用することも可能である。 Although the present invention has been described with reference to the embodiment and the modifications, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, a power generation window glass is used as an example of the power generation apparatus of the present invention, and the case where it is installed on a side wall of a room is described as an example. Is not limited to those described above. For example, the power generation window glass can be applied to a window glass installed on a ceiling such as a skylight.
また、上記実施の形態等では、光制御フィルム12の散乱領域SAとして、発電窓ガラスを設置した場合の斜め上方に相当する領域を例に挙げ、非散乱領域SBとしては、正面方向(0°)を含む領域を例に挙げたが、各角度領域(角度範囲)は、上述のものに限らず、発電窓ガラスの用途等に応じて適宜設定されればよい。いずれの場合であっても、散乱作用を利用して一部の光のみを発電に用いる一方で、特定方向からの入射光についてはそのまま透過させ、その方向での透過率が低減することを抑制できるため、本発明と同等の効果を得ることができる。
Moreover, in the said embodiment etc., the area | region equivalent to the diagonally upper direction at the time of installing power generation window glass is mentioned as an example as scattering area | region SA of the
更に、上記実施の形態等では、本発明の太陽電池として、有機薄膜太陽電池を例に挙げて説明したが、他の太陽電池、例えばシリコン薄膜(非晶質、微結晶)を用いたシリコンハイブリッド型の太陽電池や、III−V族のGaAs系,CdTe系やClGS系等の無機化合物を用いた無機太陽電池、色素増感型太陽電池に適用可能である。 Furthermore, in the above-described embodiments and the like, an organic thin film solar cell has been described as an example of the solar cell of the present invention. However, other solar cells, for example, a silicon hybrid using a silicon thin film (amorphous, microcrystal) The present invention can be applied to a type solar cell, an inorganic solar cell using an inorganic compound such as a III-V group GaAs-based, CdTe-based, or ClGS-based solar cell, and a dye-sensitized solar cell.
1…発電窓ガラス、10…透明基板、11…太陽電池、12…光制御フィルム、12A…第1屈折率領域、12B…第2屈折率領域、110…透明基板、111…透明電極、112…光電変換層、113…LiF層、114…反射電極、S1…光入射面、S2…光射出面、SA…散乱領域、SB…非散乱領域。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記基体の前記光入射面側に設けられ、入射角度に応じて散乱特性が異なる機能を有する光制御層と、
前記光制御層からの出射光の一部を受光する光電変換素子と
を備えた発電装置。 A substrate having a light incident surface and a light output surface facing each other;
A light control layer provided on the light incident surface side of the substrate and having a function of different scattering characteristics depending on an incident angle;
A power generation device comprising: a photoelectric conversion element that receives a part of light emitted from the light control layer.
請求項1に記載の発電装置。 The light control layer causes scattering when light is incident from the first angle region, but does not cause scattering when light is incident from a second angle region different from the first angle region. The power generation device according to claim 1, having a function of transmitting light toward the base body.
請求項1に記載の発電装置。 The power generation device according to claim 1, wherein the light control layer is formed by alternately stacking two refractive index layers having different refractive indexes along a predetermined direction.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発電装置。 The power generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the base is a transparent substrate.
請求項4に記載の発電装置。 The power generation device according to claim 4, wherein the photoelectric conversion element is provided at an end of the transparent substrate.
請求項5に記載の発電装置。 The power generation device according to claim 5, wherein the photoelectric conversion element is provided on at least a part of a light incident surface, a light emission surface, and a side surface of the transparent substrate.
請求項4に記載の発電装置。 The power generation device according to claim 4, wherein the transparent substrate is a glass substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2010157807A JP2012023089A (en) | 2010-07-12 | 2010-07-12 | Power generation device |
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| JP (1) | JP2012023089A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014112620A1 (en) | 2013-01-21 | 2014-07-24 | 合同会社Holomedia | Light-concentrating mechanism, photovoltaic power generation device, window structure, and window glass |
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2010
- 2010-07-12 JP JP2010157807A patent/JP2012023089A/en active Pending
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