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公開番号2025026777
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-25
出願番号2023131715
出願日2023-08-11
発明の名称ソーラーパネル光電変換効率向上方法及び構造
出願人個人
代理人個人
主分類H10F 10/00 20250101AFI20250217BHJP()
要約【課題】太陽光の異なる波長を持つ入射光波を吸収することにより、ソーラーパネルの発電効率を増加可能なソーラーパネル光電変換効率向上用方法とその構造を提供する。
【解決手段】本発明に係るソーラーパネル光電変換効率向上用方法とその構造は、ソーラーパネルに適用可能であり、前記ソーラーパネルの表面に少なくとも一つの光エネルギー利得層が結合されており、前記光エネルギー利得層は、複数の導電性炭素系材料と蛍光体材料を混合して、透明担体に均一に分布して構成される層状の三次元導電性構造であり、前記導電性炭素系材料は二次元構造であり、前記導電性炭素系材料と前記蛍光体材料とは、その平均寸法がミクロン以下であり、前記透明担体は透明な熱可塑性プラスチックから選ばれる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ソーラーパネルに適用可能であり、少なくとも一つの表面に太陽光を照射することができ、微細化された複数の二次元導電性炭素系材料と蛍光体材料を混合したものを透明担体に均一に分布することにより、層状の三次元導電性構造を構成し、異なる波長を持つ太陽光の入射する光波に、前記三次元導電性構造の緊密で異なる間隔にある共振効果を加えることにより、前記ソーラーパネルの広範囲の太陽光の吸収機能を増加することを特徴とするソーラーパネル光電変換効率向上方法。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
ソーラーパネルに適用可能であり、前記ソーラーパネルは、太陽に面する第１の面、太陽の反対側にある第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間にある複数の側面と、を有し、前記ソーラーパネルの第１の面、第２の面、及び側面のうちの一つ又は何れかの二つ以上に、少なくとも一つの光エネルギー利得層が積層されており、
前記光エネルギー利得層は、複数の導電性炭素系材料と蛍光体材料を混合して、透明担体に均一に分布して構成される層状の三次元導電性構造であり、前記導電性炭素系材料は二次元構造であり、前記導電性炭素系材料と前記蛍光体材料とは、その平均寸法がミクロン以下であり、前記透明担体は、透明な熱可塑性プラスチックから選ばれることを特徴とするソーラーパネル光電変換効率向上構造。
【請求項３】
前記光エネルギー利得層は、印刷、塗布、又は膜状の構造に形成されて粘着する方式で、前記ソーラーパネルに結合されていることを特徴とする、請求項２に記載のソーラーパネル光電変換効率向上構造。
【請求項４】
前記導電性炭素系材料は、グラファイト、グラフェン、グラフィン、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、ダイヤモンドのうちの１つまたは組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項２に記載のソーラーパネル光電変換効率向上構造。
【請求項５】
前記蛍光体材料は、酸化蛍光体、硫化物蛍光体、モリブデン酸蛍光体、希土類イオン蛍光体、および有機蛍光体のうちの１つまたは組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項２に記載のソーラーパネル光電変換効率向上構造。
【請求項６】
前記透明担体は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリカーボネート、エチレン酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂のうちの１つまたは組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項２に記載のソーラーパネル光電変換効率向上構造。
【請求項７】
ソーラーパネルに適用可能であり、前記ソーラーパネルは、太陽に面する第１の面と、太陽の反対側にある第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間にある複数の側面と、を有し、前記ソーラーパネルは、正面から背面へ、少なくともガラス層と、第１の封止層と、太陽電池層と、第２の封止層とが順番に積み重ねられて構成され、前記ガラス層、前記第１の封止層、前記太陽電池層、及び前記第２の封止層のうちの一つ又は何れかの二つ以上は、前記ソーラーパネルの第１の面、第２の面、及び側面のうちの一つ又は何れかの二つ以上に対応し、少なくとも一つの光エネルギー利得層が結合されており、
前記光エネルギー利得層は、複数の導電性炭素系材料と蛍光体材料を混合して、透明担体に均一に分布して構成される層状の三次元導電性構造であり、前記導電性炭素系材料は二次元構造であり、前記導電性炭素系材料と前記蛍光体材料とは、その平均寸法がミクロン以下であり、前記透明担体は、透明な熱可塑性プラスチックから選ばれることを特徴とするソーラーパネル光電変換効率向上構造。
【請求項８】
前記光エネルギー利得層は、印刷、塗布、又は膜状の構造に形成されて粘着する方式で、前記ソーラーパネルに結合されていることを特徴とする、請求項７に記載のソーラーパネル光電変換効率向上構造。
【請求項９】
前記導電性炭素系材料は、グラファイト、グラフェン、グラフィン、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、ダイヤモンドのうちの１つまたは組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項７に記載のソーラーパネル光電変換効率向上構造。
【請求項１０】
前記蛍光体材料は、酸化蛍光体、硫化物蛍光体、モリブデン酸蛍光体、希土類イオン蛍光体、および有機蛍光体のうちの１つまたは組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項７に記載のソーラーパネル光電変換効率向上構造。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関し、特に、ソーラーパネルにより発電した後の利用可能時間を増加することができ、熱エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換することができ、光電変換効率および発電効率を有効に向上することが可能なソーラーパネル光電変換効率向上方法及び構造に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
エネルギー不足や温室効果などの環境問題が深刻化しているため、各国でさまざまな代替エネルギー源の研究開発が盛んに行われており、特にグリーンエネルギー〔ＧｒｅｅｎＥｎｅｒｇｙ〕である太陽光発電は各界から最も注目を集めている。なお、ソーラーパネルは、主に、その中の太陽電池〔ｓｏｌａｒｃｅｌｌ〕を利用して、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換し、その半導体素子は、通常ｐ-ｎ接合の形をしており、基本的な構造はダイオードと同じである。太陽電池の発電原理は、光起電力効果〔ＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＥｆｆｅｃｔ〕を利用して、光エネルギーを電気エネルギーに変換することである。しかし、従来の太陽電池の発電効率は良くない。最も広く使用されている単結晶および多結晶シリコン太陽電池モジュールを例とすると、その発電効率は約１５%程度である。その主な理由は、太陽光スペクトルのエネルギー分布が三つのブロックに分けられることであり、そのうち、可視光は約４７％を占め、紫外光および赤外光は約５３％を占め、そして吸収されて変換可能な可視光は太陽光の強さ及び時間に制限されるため、電気エネルギーに変換して利用可能な太陽光は、１５%だけであり、残りの８５%の太陽光は、そのすべてが無駄になるか、無駄な熱エネルギーとなる。
【０００３】
このため、目下のソーラーパネルの太陽電池の発展方向は、全て高い光電変換効率を主な目標とする。例えば、構造設計により目標を達成するもののうち、最適な太陽光の位置を追跡する太陽追尾型と、太陽光の位置を改善する集光型があるが、このようなソーラーパネルは、構造が複雑であり、重くて組み立てが難く、定期に修理することが必要であるため、太陽電池全体のコストは大幅に増加し、全体の体積も増加する。一方、新素材を利用し、又は組み込むことにより目標を達成するもののうち、ＩＩＩ-Ｖ族マルチインターフェース太陽電池〔ＩＩＩ-ＶＭｕｌｔｉｊｕｎｃｔｉｏｎＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ〕があり、ダイレクトバンドギャップ〔ＤｉｒｅｃｔＢａｎｄｇａｐ〕の特性を有し、高い光吸収率と高い光電変換効率性能を備え、薄膜化することが可能である利点と高温動作の温度安定性などの長所を有する。なお、新素材を導入した、これらの太陽電池は、接続される機器や要素により、プロセスが複雑になって、プロセスの不良率が増加し、作製のコストが増加する。
【０００４】
一方、従来の太陽電池は、一般的な電子機器と同じように、高温になると効率が降下し、その使用環境の温度が高くなるほど電力効率が悪化する。マサチューセッツ工科大学の研究によると、その温度が摂氏１度上昇するごとに、太陽電池の平均電力は０.４５%減少するため、高温が持続すると、発電が難しくなる。また、それだけではなく、太陽電池の寿命も短くなる。
要するに、従来のソーラーパネルは、外部の構造を変更し、又はその中の太陽電池の材料を変更しても、太陽光を使用可能な電気エネルギーに変換する比率を有効に増加することができず、ソーラーパネルの発電作動時間を有効に延ばすこともできず、そして温度の上昇により、発電電力が減少しやすいという問題があった。
なお、特許文献1には、蛍光体層を設けることにより、発電効率を高める技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開2006-210229号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主な目的は、太陽光の異なる波長を持つ入射光波を吸収することにより、ソーラーパネルの発電効率を増加可能なソーラーパネル光電変換効率向上方法及び構造を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、広範囲の光源エネルギーを、ソーラーパネルが吸収可能な可視光に変換して、エネルギーを放射線の形でソーラーパネルに伝達することにより、ソーラーパネルの発電効率を更に向上するソーラーパネル光電変換効率向上方法及び構造を提供することにある。
【０００８】
本発明の更に別の目的は、光を吸収して加熱された後、放射熱電流を放出して冷却して、ソーラーパネルの発電障害を緩和することができ、吸収された熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、廃熱発電の効果を得ることができるソーラーパネル光電変換効率向上方法及び構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るソーラーパネル光電変換効率向上方法によると、ソーラーパネルに適用可能であり、少なくとも一つの表面に太陽光を照射することができ、微細化された複数の二次元導電性炭素系材料と蛍光体材料を混合したものを透明担体に均一に分布することにより、層状の三次元導電性構造を構成し、異なる波長を持つ太陽光の入射する光波に、三次元導電性構造の緊密で異なる間隔にある共振効果を加えることにより、ソーラーパネルの広範囲の太陽光の吸収機能を増加することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るソーラーパネル光電変換効率向上構造によると、ソーラーパネルに適用可能であり、ソーラーパネルは、太陽に面する第１の面、太陽の反対側にある第２の面と、第１の面と第２の面との間にある複数の側面と、を有し、ソーラーパネルの第１の面、第２の面、及び側面のうちの一つ又は何れかの二つ以上に、少なくとも一つの光エネルギー利得層が積層されており、
光エネルギー利得層は、複数の導電性炭素系材料と蛍光体材料を混合して、透明担体に均一に分布して構成される層状の三次元導電性構造であり、導電性炭素系材料は二次元構造であり、導電性炭素系材料と蛍光体材料とは、その平均寸法がミクロン以下であり、透明担体は、透明な熱可塑性プラスチックから選ばれることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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