特許 7177699 ガラス建材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-15

(45)【発行日】2022-11-24

(54)【発明の名称】ガラス建材

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/054 20140101AFI20221116BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 620

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2018541081

(86)(22)【出願日】2017-09-20

(86)【国際出願番号】 JP2017033822

(87)【国際公開番号】W WO2018056286

(87)【国際公開日】2018-03-29

【審査請求日】2020-08-06

(31)【優先権主張番号】P 2016182812

(32)【優先日】2016-09-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(73)【特許権者】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】梅田 和彦

(72)【発明者】

【氏名】小林 信郷

(72)【発明者】

【氏名】木下 清一

(72)【発明者】

【氏名】門田 直樹

(72)【発明者】

【氏名】松尾 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】牧野 司

(72)【発明者】

【氏名】太田 信久

(72)【発明者】

【氏名】中島 昭彦

【審査官】吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０６２５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０７３８０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１６０５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５９９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１０３１２８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０４－３１／０５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方向に延伸する形状を有する両面受光型の第１の太陽電池と、
前記第１の太陽電池の幅方向に、当該第１の太陽電池と間隔をあけて並ぶように配置され、前記一方向に延伸する形状を有する両面受光型の第２の太陽電池と、
前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池の一方の面側を覆う第１のガラス基板と、
前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池の他方の面側において少なくとも部分的に配置され、可視光領域において透過率が反射率よりも高く、近赤外領域において反射率が透過率よりも高い反射膜と、
前記第１の太陽電池の前記他方の面に対向し、前記一方向に延伸する形状を有する第１の反射板と、を含み、
前記第１の太陽電池及び前記第２の太陽電池は、前記第１のガラス基板の対向する二辺の一方側から他方側にわたって設けられている、
ガラス建材。

【請求項2】

前記反射膜と前記第１の太陽電池との距離が、前記第１の太陽電池の幅の０．１倍以上である、
請求項１に記載のガラス建材。

【請求項3】

前記第１の反射板の幅は、前記第１の太陽電池の幅以上である、
請求項１又は２に記載のガラス建材。

【請求項4】

前記第１の反射板は、前記反射膜における前記第１の太陽電池と対向しない面側に配置された、
請求項１又は２に記載のガラス建材。

【請求項5】

前記反射膜における前記第１の太陽電池と対向しない面側には第２のガラス基板が設けられた、
請求項１乃至４のいずれかに記載のガラス建材。

【請求項6】

前記第１の太陽電池と前記反射膜との間には封止材が介在する、
請求項１乃至５のいずれかに記載のガラス建材。

【請求項7】

前記第１の太陽電池と前記反射膜との間には第３のガラス基板が介在する、
請求項１乃至５のいずれかに記載のガラス建材。

【請求項8】

前記第１の太陽電池は、少なくとも３００ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲に分光感度を有する、
請求項１乃至７のいずれか一つに記載のガラス建材。

【請求項9】

前記第１の太陽電池は、ヘテロ接合型太陽電池である、
請求項８に記載のガラス建材。

【請求項10】

前記反射膜は、前記第１の太陽電池の一方の面側から入射する太陽光における少なくとも近赤外光を反射し、前記第１の太陽電池の他方の面に入射させる、
請求項１乃至９のいずれか一つに記載のガラス建材。

【請求項11】

前記反射膜は、前記第２の太陽電池の一方の面側から入射する太陽光における少なくとも近赤外光を反射し、前記第２の太陽電池の他方の面に入射させる、
請求項１０に記載のガラス建材。

【請求項12】

前記反射膜が、その表面に凹凸を有し、前記近赤外光を乱反射させて前記第１の太陽電池の他方の面に入射させる、
請求項１０又は１１に記載のガラス建材。

【請求項13】

前記反射膜が、その表面に凹凸を有し、前記近赤外光を乱反射させて前記第１の太陽電池の他方の面及び前記第２の太陽電池の他方の面に入射させる、
請求項１１に記載のガラス建材。

【請求項14】

前記第１の反射板は、前記第１の太陽電池の一方の面側から入射する太陽光における少なくとも近赤外成分と可視光成分とを反射し、前記第１の太陽電池の他方の面に入射させる、
請求項１乃至４のいずれか一つに記載のガラス建材。

【請求項15】

前記反射膜と前記第２のガラス基板との間には、空気層が介在する、
請求項５に記載のガラス建材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガラス建材に関する。

【背景技術】

【0002】

下記非特許文献１には、地面に対して垂直に設置された両面受光型の太陽電池が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】上下利男等著「両面受光型太陽電池の基本応用技術の開発」電学論Ｂ、１２３巻８号、２００３年、ｐ．９４７－９５５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、従来の両面受光型の太陽電池を建物の窓などに設置した場合、室内側の受光面における発電量が少なかった。即ち、室内側の受光面、特にその中央部分は、室外からの太陽光を効率よく受光することができないため、その結果として発電量が少なくなってしまっていた。

【0005】

一方、従来の採光型太陽電池モジュールは、発電量増大を目的として日射透過率の高いガラスを用いる結果、建物の冷房負荷を増大させている課題がある。

【0006】

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池を含むガラス建材を建物の窓などに設置した場合における、室内側の受光面での発電量を増加させることにある。

【0007】

さらに、冷房負荷を削減して建物の省エネを図ることと共に、圧迫感のない眺望の確保と採光性能の向上にある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）本開示に係るガラス建材は、一方向に延伸する形状を有する両面受光型の第１の太陽電池と、前記第１の太陽電池の幅方向に並ぶように配置され、前記一方向に延伸する形状を有する両面受光型の第２の太陽電池と、前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池の一方の面側を覆う第１のガラス基板と、前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池の他方の面側において全面的又は部分的に配置され、可視光領域において透過率が反射率よりも高く、近赤外領域において反射率が透過率よりも高い反射膜と、を含む。

【0009】

（２）上記（１）におけるガラス建材は、前記反射膜と前記第１の太陽電池との距離が、前記第１の太陽電池の幅の０．２倍以上であってもよい。

【0010】

（３）上記（１）～（２）におけるガラス建材は、前記第１の太陽電池の前記他方の面に対向し、前記一方向に延伸する形状を有する第１の反射板を更に含んでもよい。

【0011】

（４）上記（３）におけるガラス建材に含まれる、前記第１の反射板の幅は、前記第１の太陽電池の幅以上であってもよい。

【0012】

（５）上記（３）におけるガラス建材に含まれる、前記第１の反射板は、前記反射膜における前記第１の太陽電池と対向しない面側に配置されてもよい。

【0013】

（６）上記（１）～（５）におけるガラス建材に含まれる、前記反射膜における前記第１の太陽電池と対向しない面側には第２のガラス基板が設けられてもよい。

【0014】

（７）上記（１）～（６）におけるガラス建材は、前記第１の太陽電池と前記反射膜との間には封止材が介在してもよい。

【0015】

（８）上記（１）～（６）におけるガラス建材は、前記第１の太陽電池と前記反射膜との間には第３のガラス基板が介在してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は本実施形態に係るガラス建材の概略を示す平面図である。

【図2】図２は本実施形態に係るガラス建材の概略を示す断面図である。

【図3】図３は本実施形態に係るガラス建材における第１の太陽電池の分光感度と反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。

【図4】図４は本実施形態に係る第１の太陽電池と反射膜との間隔と、出力上昇率との関係を示す図である。

【図5】図５は本実施形態に係るガラス建材の他の実施例を示す断面図である。

【図6】図６は本実施形態に係るガラス建材の他の実施例を示す断面図である。

【図7】図７は本実施形態に係るガラス建材の他の実施例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本開示の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。

【0018】

図１は、本実施形態に係るガラス建材の概略を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ‐ＩＩ線における断面を示す断面図である。

【0019】

図１に示すように、ガラス建材１００は、間隔を隔てて配置された複数の太陽電池１３と、この複数の太陽電池１３の一方の面側を覆うように設けられた第１のガラス基板２１とを有する。なお、太陽電池には、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、ヘテロ接合型太陽電池などが含まれる。本実施形態においては、複数の太陽電池１３として、ヘテロ接合型太陽電池を用いて説明する。

【0020】

ここで、第１のガラス基板２１とは、例えば建物の窓として取り付けられるようなガラス基板であり、室内及び太陽電池の表面に太陽光を入射させるよう、透過率の高い材料により構成されている。

【0021】

図１、図２に示すように、複数の太陽電池１３は、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２を含む。第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２は、複数の太陽電池セルを直線状に配置、接続することによって構成され、一方向に延伸する形状をしており、第１の太陽電池１１は、幅Ｗ１を有している。第２の太陽電池１２は、第１の太陽電池１１の幅方向に並ぶように配置されており、第１の太陽電池１１と第２の太陽電池１２とは、第１の間隔Ｗ２をあけて配置されている。なお、図１から明らかなように、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２の幅方向と、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２の延伸方向とは、交差する関係にある。

【0022】

第１の太陽電池１１の相対分光感度は、図３に示すように、およそ３００ｎｍ～１２００ｎｍに感度を有し、近赤外領域である１０００ｎｍ付近で高い値を有する。第１の太陽電池１１と、第２の太陽電池１２は両面受光型であり、室外側である一方の面１１Ａ、１２Ａと、室内側である他方の面１１Ｂ、１２Ｂから受光した光を発電に寄与させることができる。

【0023】

図２に示すように、第１の太陽電池１１の一方の面１１Ａと、第２の太陽電池１２の一方の面１２Ａとは、室外からの太陽光４０を第１のガラス基板２１を介して受光する。

【0024】

第１の太陽電池１１の他方の面１１Ｂ側、及び第２の太陽電池１２の他方の面１２Ｂ側には、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２と第２の間隔ｄをあけて配置された反射膜３１を有する。本実施の形態においては、反射膜３１は、第２のガラス基板２２の表面に設けられている。この反射膜３１は例えばＬｏｗ－Ｅ（Ｌｏｗ Ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）膜であり、本実施形態においては、可視光線の多くを透過し、近赤外線の多くを反射する遮熱型Ｌｏｗ－Ｅ膜を用いて説明する。

【0025】

図３は本実施形態に係るガラス建材における第１の太陽電池１１、及び第２の太陽電池１２の分光感度と反射膜３１（反射膜３１Ａ、反射膜３１Ｂ、反射膜３１Ｃ）の反射率の波長依存性を示す図である。本実施形態においては、第１の太陽電池１１及び第２の太陽電池１２には同種のヘテロ接合型太陽電池を用いているため、同じ分光感度特性を有しており、図３において「ヘテロ分光感度」として表示している。また、図３に示すように、反射膜３１Ａ、反射膜３１Ｂ、反射膜３１Ｃのそれぞれは、７５０～２５００ｎｍといった近赤外領域に高い反射率を有しており、この近赤外領域においては、透過率よりも反射率が高くなっている。一方、反射膜３１Ａ、反射膜３１Ｂ、反射膜３１Ｃのそれぞれは、３８０～７５０ｎｍといった可視光領域においては低い反射率を有しており、この可視光領域においては、透過率が反射率よりも高くなっている。

【0026】

このような反射膜３１を第１の太陽電池１１の他方の面１１Ｂ側に設けているため、室外から入射する太陽光における近赤外成分４１の一部は、この反射膜３１により反射され、第１の太陽電池１１の他方の面１１Ｂ、及び第２の太陽電池１２の他方の面１２Ｂにおいて受光される。図３を用いて上述したとおり、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２は、近赤外領域において高い分光感度特性を有しており、反射膜３１により反射された近赤外成分４１を効率よく発電に寄与させることができる。

【0027】

一方、室外から入射する太陽光における可視光成分４２の一部は、この可視光領域においては低い反射率を有する反射膜３１を通過して、室内へと入射する。そのため、このガラス建材１００を介して、眺望と採光性を確保することができる。

【0028】

また、日射の近赤外成分を反射膜３１で削減するため、冷房負荷が削減し建物の省エネ化が可能になる。

【0029】

このような構成により、眺望と採光性を確保することができるガラス建材１００としての機能を失わずに、室内側の受光面における発電量を増加させることと建物の冷房負荷削減が可能になる。

【0030】

なお、第１の太陽電池１１と反射膜３１との間隔である第２の間隔ｄは、第１の太陽電池１１が有する幅Ｗ１の０．１倍以上であることが望ましい。図４は、各開口率おける、第２の間隔ｄと、第１の太陽電池１１の出力上昇率との関係を示している。ここで、開口率とは、第１の太陽電池１１と第２の太陽電池１２との間隔である第１の間隔Ｗ２を、第１の太陽電池１１の幅Ｗ１と第１の間隔Ｗ２の和で割った値である。横軸は、第２の間隔ｄを、第１の太陽電池の幅Ｗ１で割った値を示している。縦軸は、室外側の受光面のみの発電量を１００％として、室内側の受光面での発電による出力上昇が全体の発電量の何％であるのかを示している。

【0031】

この図４が示すように、横軸が０．１より小さくなると、急激に出力上昇率が低下することがわかる。これは、第２の間隔ｄが非常に小さくなると、反射膜３１からの反射光を効果的に第１の太陽電池１１の他方の面１１Ｂに受光させることが難しくなっていることを示している。従って、第１の太陽電池１１と反射膜３１との間隔である第２の間隔ｄは、第１の太陽電池１１が有する幅Ｗ１の０．１倍以上であることが望ましい。

【0032】

なお、図２に示した反射膜３１の表面に凹凸を設けることにより、近赤外成分４１を乱反射させ、太陽光の入射角によらず、第１の太陽電池１１の他方の面１１Ｂ、第２の太陽電池１２の他方の面１２Ｂに近赤外成分４１を受光させる構成としてもよい。

【0033】

なお、本実施形態においては、図２に示すように、反射膜３１における第１の太陽電池１１との対向面側に、第１の太陽電池１１の他方の面１１Ｂに対向する第１の反射板５１と、第２の太陽電池１２の他方の面１２Ｂに対向する第２の反射板５２とを設けている。

【0034】

この第１の反射板５１、第２の反射板５２は、例えば金属板や白色反射板であり、室外から入射した近赤外成分４１と可視光成分４２を他方の面１１Ｂ、１２Ｂに受光させることができる。

【0035】

第１の反射板５１、第２の反射板５２は、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２と同様に、一方向に延伸する形状を有している。そのため、第１の太陽電池１１と第２の太陽電池１２との間に入射してきた太陽光における可視光成分４２の一部は、この第１の反射板５１と第２の反射板５２との間を通過して上述した反射膜３１に入射する。従って、室内にいる人が、このガラス建材１００を介して、室外の景色を見ることができる。

【0036】

なお、第１の反射板５１の幅Ｗ３を、第１の太陽電池の幅Ｗ１よりも大きい構成とすることにより、第１の反射板５１に入射した近赤外成分４１と可視光成分４２を、より効率よく第１の太陽電池１１の他方の面１１Ｂに受光させることができ、また、ガラス建材１００の遮光性を高めることができる。更に、第１の太陽電池１１の他方の面１１Ｂ側を第１の反射板５１で隠すことができ、室内側から見たデザイン上のメリットがある。

【0037】

なお、本実施形態においては、図２に示すように、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２と、反射膜３１との間に封止材６１を設けている。封止材６１はＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）樹脂などの熱硬化性樹脂であり、複数の太陽電池１３を保護するとともに、ガラス建材１００における複数の太陽電池１３の位置を固定している。

【0038】

なお、図２に示す構成においては、第１の反射板５１が、反射膜３１における複数の太陽電池１３と対向する面側に配置されているが、図５に示すように、反射膜３１における複数の太陽電池１３と対向しない面側に配置してもかまわない。図５においては、第１の反射板５１、第２の反射板５２が、第２のガラス基板２２を介して、反射膜３１における第１の太陽電池１１と対向しない面側に配置されている。このような構成とすることにより、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２に対する、第１の反射板５１と第２の反射板５２の相対的な位置関係を、精度よく合わせることができる。即ち、第１のガラス基板２１と第２のガラス基板２２との位置が、封止材６１により固定された後に、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２の位置を確認しながら第１の反射板５１、第２の反射板５２を配置することができるため、精度よく所望の位置に配置することができる。

【0039】

なお、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２と、反射膜３１との間には、図６に示すように、封止材６１の代わりに第３のガラス基板２３を設ける構成としてもよい。この場合、封止材６１は、第１のガラス基板２１、第３のガラス基板２３、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２の間に介在し、それぞれの位置を固定する。

【0040】

なお、反射膜３１と第２のガラス基板２２との間には、図７に示すように、空気層７１が介在するなど、可視光成分４２に対する透過率の高い層が介在してもよい。

【0041】

なお、本実施形態においては、反射膜３１の例としてＬｏｗ－Ｅ膜を挙げたが、可視光領域の透過率が反射率よりも高く、近赤外領域の反射率が透過率よりも高い膜であれば他の膜でもよい。例えば、反射膜３１は、酸化スズ成分の調整で近赤外域の反射率を高める工夫を施された透明導電膜ＴＣＯでもよい。また反射膜３１を波長別に反射ピークが異なる複数の反射膜により構成してもかまわない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】