JP6414745B2

JP6414745B2 - 光学素子及び集光型太陽光発電装置

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Publication number: JP6414745B2
Application number: JP2014524807A
Authority: JP
Inventors: 安部　浩司; 浩司安部; 慎二平松; 勝洋藤田
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: US9553227B2; EP2871499B1; MX2015000260A; MX345871B; AU2013287727B2; EP2871499A1; US20150179856A1; TW201409087A; AU2013287727A1; EP2871499A4; WO2014010571A1; CN104487874A; KR20150034759A; JPWO2014010571A1; TWI621881B; KR101750726B1; CN104487874B

Description

本発明は、表面に光学機能パターンが形成された光学素子及び集光型太陽光発電装置に関する。

近年、自然エネルギーの利用が注目されており、そのひとつに太陽光のエネルギーを太陽電池によって電力に変換する太陽光発電がある。このような太陽光発電として、発電効率（光電変換効率）を高めて大電力を得るために、同一平面上に複数配置された太陽電池素子の前方側に、太陽光を各太陽電池素子に集光させるための集光レンズ（光学素子）を配設した構成の集光型太陽光発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

集光型太陽光発電装置は、集光レンズで太陽光を集光して太陽電池素子に受光させる構成により、高価な太陽電池素子のサイズを小さくできるので、発電装置全体の低コスト化を図ることができる。このため、集光型太陽光発電装置は、日照時間が長く、集光面を大面積化しても設置可能な広大な地域などで、電力供給用途として普及しつつある。

特開２００６−３４３４３５号公報

前記特許文献１の集光型太陽光発電装置では、ＰＭＭＡ樹脂からなるシート状の集光レンズの太陽光入射面側の表面には耐環境性などを考慮して透明なガラス基板が接着されている。

ところで、集光型太陽光発電装置による発電に適した地域（日照時間が長く、集光面を大面積化しても設置可能な広大な地域）として、例えば、米国の南西部（ネバダ州など）、ヨーロッパの地中海沿岸、中東などが挙げられるが、これらの地域では、昼と夜の温度差、及び夏季と冬季の気温差が非常に大きい。

このため、集光型太陽光発電装置の集光レンズを形成する樹脂材として上記のようなＰＭＭＡ樹脂を用いている場合、上記のような温度差（気温差）が大きい地域では、この温度差によって集光レンズに熱膨張収縮が生じる。例えば、温度差が４０度程度ある環境下では、１ｍ²サイズのＰＭＭＡ樹脂からなる集光レンズに対して、数ｍｍ程度の熱膨張収縮が生じる。集光レンズに数ｍｍ程度の熱膨張収縮が生じると、接着されているガラス基板の剛直性によって集光レンズの縁部側に反りが発生し、これにより集光された光の一部が太陽電池素子の受光領域からずれるため、発電効率が低下する。

また、集光型太陽光発電装置の集光レンズをシリコーン樹脂で形成して、この集光レンズにガラス基板を接着している構成では、線膨張係数がガラス（０．０９×１０^-5/℃）とシリコーン樹脂（２５〜３０×１０^-5/℃）とでは大きく異なる。また、シリコーン樹脂は、硬度が低い。

このため、集光型太陽光発電装置の集光レンズを形成する樹脂材としてシリコーン樹脂を用いている場合、接着されているガラスとシリコーン樹脂の線膨張係数が大きく異なり、かつシリコーン樹脂の硬度が低いので、上記のような温度差（気温差）が大きい地域では、シリコーン樹脂からなる集光レンズの微細な凹凸形状のフレネルレンズ部分に応力がかかって変形が生じるおそれがある。このように、集光レンズのフレネルレンズ部分に変形が生じると、集光された光の一部が太陽電池素子の受光領域からずれるため、発電効率が低下する。

そこで、本発明は、温度差が大きい環境下においても、反りの発生や表面に形成された光学機能パターン（フレネルレンズなど）に応力による変形を防止することができる光学素子及び集光型太陽光発電装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、透光性基板と、一方の面に光学機能パターンを有し他方の面が前記透光性基板上に接着された有機性樹脂からなるシート状成形体を備えた光学素子であって、前記シート状成形体は、引張弾性率が１５００ＭＰａ以下で、線膨張係数が７．０×１０^-5／℃以下であり、厚み４００μｍのときの少なくとも可視光波長帯域の平均透過率が８５％以上で、ヘイズ値が１．０％以下であり、メタルハライドランプを用いて、紫外線を含む光線を１ｋＷ／ｍ^２の照度で６００時間照射した場合に、少なくとも３５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯域での平均光透過率の低下が２％以下であり、前記シート状成形体は、アクリル系ブロック共重合体（Ａ）とアクリル樹脂（Ｂ）とを含む熱可塑性重合体組成物を用いて形成され、前記熱可塑性重合体組成物は、前記アクリル系ブロック共重合体（Ａ）が、アクリル酸エステル単位を主体とする重合体ブロック（ａ１）の両末端にそれぞれメタクリル酸エステル単位を主体とする重合体ブロック（ａ２）が結合した構造を分子内に少なくとも１つ有するアクリル系ブロック共重合体であり、重量平均分子量が１０，０００〜１００，０００であって；前記アクリル系ブロック共重合体（Ａ）が、重合体ブロック（ａ２）の含有量が４０質量％以上８０質量％以下であるアクリル系ブロック共重合体（Ａ１）と重合体ブロック（ａ２）の含有量が１０質量％以上４０質量％未満であるアクリル系ブロック共重合体（Ａ２）を含み；前記アクリル樹脂（Ｂ）が、主としてメタクリル酸エステル単位から構成され；アクリル系ブロック共重合体（Ａ）とアクリル樹脂（Ｂ）との質量比〔（Ａ）／（Ｂ）〕が９７／３〜１０／９０であり、前記透光性基板が、その面積に対する厚みが、面積１ｍ²に対して厚さが５ｍｍ以下であって、前記シート状成形体が前記透光性基板の厚みの１／１５以上の厚みで形成されていることを特徴としている。なお、本発明において、線膨張係数はJIS K7197に従い３０℃において測定した値であり、引張弾性率はJIS K7127にしたがって測定した値である。

請求項２に記載の発明は、前記透光性基板がガラス基材よりなることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、前記シート状成形体の中に紫外線吸収剤を含んでいることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、前記透光性基板の中に紫外線吸収剤を含んでいることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、前記透光性基板の前記シート状成形体が接着されている面と反対側の面に、紫外線吸収層が形成されていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、前記透光性基板の前記シート状成形体が接着されている面と反対側の面に、防汚処理が施されていることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、前記透光性基板の前記シート状成形体が接着されている面と反対側の面に、反射防止処理が施されていることを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、前記透光性基板に接着された前記シート状成形体に対する剥離接着強さは２５Ｎ／２５ｍｍ以上であることを特徴としている。なお、本発明に記載している剥離接着強さは、JISK685-2で規定されている１８０度剥離接着強さを測定する手法で測定した値である。

請求項９に記載の発明は、前記シート状成形体の前記透光性基板との接着面をプラズマ処理、エキシマ処理、コロナ処理のいずれかの処理を施した上で、該接着面に前記透光性基板が接着されていることを特徴としている。

請求項１０に記載の発明は、前記シート状成形体に形成された前記光学機能パターンはフレネルレンズパターンであることを特徴としている。

請求項１１に記載の発明は、太陽光を集光する光学素子と、前記光学素子により集光された太陽光を受光して光電変換する太陽電池素子を備えた集光型太陽光発電装置において、前記光学素子は請求項１０に記載の光学素子であることを特徴としている。

本発明に係る光学素子によれば、透光性基板に接着された有機性樹脂からなるシート状成形体は、引張弾性率が１５００ＭＰａ以下、線膨張係数が７．０×１０^-5／℃以下であり、厚み４００μｍのときの少なくとも可視光波長帯域の平均透過率が８５％以上、ヘイズ値が１．０％以下である。

よって、このシート状成形体は、光透過率が良好であり、また、引張弾性率が１５００ＭＰａ以下と小さいので温度変化が大きな環境下でも反り量が小さく、更に、線膨張係数が７．０×１０^-5／℃以下とシリコーン樹脂よりも小さいので温度変化が大きな環境下でも、表面に形成された光学機能パターンの変形を小さく抑えることができる。

更に、本発明に係る光学素子によれば、透光性基板の面積に対する厚みが、面積１ｍ²に対して厚さが５ｍｍ以下であって、シート状成形体が透光性基板の厚みの１／１５以上の厚みで形成されているのが好ましく、岩崎電気株式会社製のSUV-W151E装置を用い、定格電力４ｋＷの水冷メタルハライドランプ（M04-L21WBX/SUV）１灯を用いて紫外線を含む光線を、２９０〜４５０ｎｍの波長範囲において１ｋＷ／ｍ²の紫外線放射照度の条件下で６００時間照射した場合に、少なくとも３５０〜６００ｎｍの波長帯域での平均光透過率の低下が２％以下である。

よって、このシート状成形体は、長期にわたって良好な光透過率を維持することができる。

また、本発明に係る集光型太陽光発電装置によれば、本発明に係る光学素子を集光レンズとして配置しているので、温度変化が大きな環境下でも太陽光を太陽電池素子の受光領域に長期にわたって良好に集光して、高い発電効率を維持することが可能となる。

本発明の実施形態に係る光学素子を備えた集光型太陽光発電装置の概略構成を示す断面図。本発明の実施形態に係る集光型太陽光発電装置の太陽光入射側から見た概要を示す平面図。光学素子表面に紫外線吸収層を設けた集光型太陽光発電装置の概略構成を示す断面図。光学素子表面に防汚コート層を設けた集光型太陽光発電装置の概略構成を示す断面図。光学素子表面に反射防止コート層を設けた集光型太陽光発電装置の概略構成を示す断面図。実施例１の光学素子における光の透過率の測定結果を示す図。比較例１の光学素子における光の透過率の測定結果を示す図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光学素子を備えた集光型太陽光発電装置の概略構成を模式的に示す概略断面図である。

〈集光型太陽光発電装置の全体構成〉
図１に示すように、本実施形態に係る集光型太陽光発電装置１は、受光した太陽光を光電変換する太陽電池素子（太陽電池セル）２と、該太陽電池素子２が実装された太陽電池基板３と、太陽電池素子２の前方側（太陽光入射側）に対向するようにして配置され、太陽光を集光する光学素子４とを主要構成部材として備えている。なお、図１において、Ｌ１は光学素子４に入射する太陽光、Ｌ２は光学素子４で集光された太陽光を示している。

光学素子４は、太陽光入射側に設けた透光性基板、特にガラス基板５と、該ガラス基板５の出射側（太陽電池素子２と対向する側）の面に接着された透光性を有する有機性樹脂からなるシート状成形体６とで構成されている（本発明の特徴であるシート状成形体６の詳細については後述する）。シート状成形体６のガラス基板５と反対側（太陽電池素子２と対向する側）の面には、入射された太陽光を太陽電池素子２の受光領域に集光させるフレネルレンズパターン６ａが同心円状に形成されている。このように、このフレネルレンズパターン６ａが形成されたシート状成形体６は、集光レンズとして機能する。

この集光型太陽光発電装置１は、図２に示すように、太陽電池基板上に一定間隔で複数の太陽電池素子２が実装され、また各太陽電池素子２の受光領域とそれぞれ対向するようにして複数の光学素子４が同一平面上に一体的に設けられている。

ガラス基板５とシート状成形体６とは、熱圧着や接着剤等の周知の方法で接着可能であるが、熱圧着が厚み精度などの点で好ましい。本実施形態では、ガラス基板５とシート状成形体６を熱圧着させることによって、両者を接着している。

なお、ガラス基板５に接着されたシート状成形体６に対する剥離接着強さが、２５Ｎ／２５ｍｍ以上となるように強固に接着することが好ましく、５０Ｎ／２５ｍｍ以上となるようにすることがより好ましい。剥離接着強さが２５Ｎ／２５ｍｍ以上であれば、ガラス基板５からシート状成形体６が剥がれることを長期にわたって確実に防止することができる。

なお、ガラス基板５とシート状成形体６とを接着する前に、シート状成形体６のガラス基板５との接着面をプラズマ処理して、その後にガラス基板５に接着することが好ましい。シート状成形体６のガラス基板５との接着面をプラズマ処理して表面改質することで、ガラス基板５に接着する際の密着性をより高めることができる。なお、プラズマ処理以外にも、エキシマ処理やコロナ処理を施しても表面改質することができる。

また、ガラス基板５にシート状成形体６が接着された構成の光学素子４を作製する方法として、例えば、周知の熱プレス成形法や真空ラミネート成形法が挙げられる。

本発明の実施形態に記載している真空ラミネート法は、成形されるシートと型を室温に近い温度状態において圧力を低下させることによってシートと型の間の気泡を除去した後、加熱しながら圧力を上下方向から均等に付与して型の形をシートに転写することで成形体を作製する手法である。

熱プレス成形法、真空ラミネート成形法どちらにおいても、ガラスに成形される前のシート状のフィルムを熱圧着して密着させた後、フィルムの上にニッケルスタンパ等の賦形型を配置して圧力を付与しながらシート状成形体６を形成する方法、又はガラス／フィルム／スタンパで同時に加熱しながら圧力を付与してシート状成形体６を作製する方法が挙げられる。

なお、ガラス基板５とシート状成形体６の接着には、上記した熱圧着以外にも、接着剤を用いることもできる。接着剤としては、透光性や耐候性などに優れているメタクリル酸メチルとアクリルモノーマ等を含むアクリル樹脂系の接着剤や、シリコーン樹脂接着剤などが好ましい。特にシート状成形体６と同種の樹脂からなる接着剤を用いるのが好ましい。また、塗布厚みは極力薄いことが好ましい。

各太陽電池素子２と各光学素子４は、精度よく位置決めされて配置されており、また太陽電池基板３と光学素子４との間の側面周囲等は、太陽電池基板３と光学素子４との間の空間内部に湿気（水分）や塵等が侵入しないように封止されている。なお、対向配置される太陽電池素子２と光学素子４の数や大きさは、集光型太陽光発電装置１のサイズや設置場所等によって任意に設定される。

〈シート状成形体６の詳細〉
本発明のシート状成形体６は、透明性、耐候性、柔軟性等に優れている、以下のようなアクリル系ブロック共重合体（Ａ）とアクリル樹脂（Ｂ）とを含む熱可塑性重合体組成物を用いて形成されている。

上記の熱可塑性重合体組成物は、前記アクリル系ブロック共重合体（Ａ）が、アクリル酸エステル単位を主体とする重合体ブロック（ａ１）の両末端にそれぞれメタクリル酸エステル単位を主体とする重合体ブロック（ａ２）が結合した構造を分子内に少なくとも１つ有するアクリル系ブロック共重合体であり、重量平均分子量が１０，０００〜１００，０００であって；
前記アクリル系ブロック共重合体（Ａ）が、重合体ブロック（ａ２）の含有量が４０質量％以上８０質量％以下であるアクリル系ブロック共重合体（Ａ１）と重合体ブロック（ａ２）の含有量が１０質量％以上４０質量％未満であるアクリル系ブロック共重合体（Ａ２）を含み；
前記アクリル樹脂（Ｂ）が、主としてメタクリル酸エステル単位から構成され；
アクリル系ブロック共重合体（Ａ）とアクリル樹脂（Ｂ）との質量比〔（Ａ）／（Ｂ）〕が９７／３〜１０／９０である。

なお、前記アクリル系ブロック共重合体（Ａ）は、アクリル酸エステル単位を主体とする重合体ブロック（ａ１）の両端末にそれぞれメタクリル酸エステル単位を主体とする重合体ブロック（ａ２）が結合した構造、即ち、（ａ２）−（ａ１）−（ａ２）の構造（この構造中「−」は、化学結合を示す）を分子内に少なくとも１つ有するアクリル系ブロック共重合体である。

また、前記アクリル樹脂（Ｂ）は、主として、メタクリル酸エステル単位から構成されるアクリル樹脂である。上記の熱可塑性重合体組成物からなるシート状成形体の透明性、成形加工性等を向上させる観点から、メタクリル酸エステルの単独重合体又はメタクリル酸エステル単位を主体とする共重合体であることが好ましい。

本実施形態における上記の熱可塑性重合体組成物の詳細については、国際公開公報ＷＯ２０１０／０５５７９８に記載されている。そして、この熱可塑性重合体組成物からなるシート状成形体（表面にフレネルレンズパターンが形成される前の成形体）は、例えば、周知のＴダイ法やインフレーション法などによって製造することができる。

また、この熱可塑性重合体組成物からなるシート状成形体６の表面にフレネルレンズパターン６ａを形成する方法として、例えば、周知のプレス成形法、射出成形法、紫外線硬化性樹脂を用いた２Ｐ（Photo Polymerization）成形法などが挙げられる。

上記した熱可塑性重合体組成物で形成されたシート状成形体６の物性は、以下のとおりである。

即ち、シート状成形体６は、引張弾性率が１５００ＭＰａ以下で、線膨張係数が７．０×１０^-5／℃以下であり、厚み４００μｍにおける波長帯域３５０〜１８５０ｎｍの平均透過率が８５％以上で、ヘイズ値が１．０％以下である。また、ガラス基板５の面積に対する厚みが、面積１ｍ²に対して厚さが５ｍｍ以下であって、前記シート状成形体６がガラス基板５の厚みの１／１５以上の厚みで形成されているときにより効果が顕著である。更に、メタルハライドランプを用いて、紫外線波長帯域の光線を１ｋＷ／ｍ²の照度で６００時間照射した場合に、３５０〜６００ｎｍの波長帯域での平均光透過率の低下が２％以下である。

本実施形態のシート状成形体６は、上記したアクリル系ブロック共重合体（Ａ）とアクリル樹脂（Ｂ）とを含む熱可塑性重合体組成物を用いて形成されているので、引張弾性率はＰＭＭＡ樹脂よりも低く、線膨張係数はシリコーン樹脂よりも小さい。

よって、このシート状成形体６がガラス基板５に接着されている光学素子４は、温度差が大きい環境下においても、シート状成形体６の反り量が小さく、かつシート状成形体６のフレネルレンズパターン６ａの変形量も小さい。これにより、温度差が大きい環境下においても、この光学素子４で集光された光は太陽電池素子２の受光領域に良好に受光され、かつ光透過率の低下も抑えられるので、長期にわたって安定して良好な発電効率を維持することができる。

また、上記したシート状成形体６又は／及びガラス基板５の中に紫外線吸収剤を含むように構成してもよい。更に、図３Ａに示すように、ガラス基板５の太陽光入射側の表面に紫外線吸収剤を塗布して、紫外線吸収層７を形成してもよい。これらの構成によって、光学素子４に入射する太陽光の紫外線が吸収されるので、紫外線によるシート状成形体６の着色や物性の変化を抑制し、長期にわたって良好な発電効率を維持することができる。

また、図３Ｂに示すように、ガラス基板５の太陽光入射側の表面に防汚コート剤を塗布して、防汚コート層８を形成してもよい。このように防汚処理を施して、ガラス基板５の太陽光入射側の表面への砂や埃などの付着を抑えることで、光透過率の低下が抑えられ、これにより長期にわたって良好な発電効率を維持することができる。

更に、図３Ｃに示すように、ガラス基板５の太陽光入射側の表面に反射防止コート剤を塗布して、反射防止コート層９を形成してもよい。このように反射防止処理を施すことで、太陽光の透過率がより向上し、発電効率をより高めることができる。

次に、前記した本発明の光学素子４による効果を評価するために、以下に示す本発明の実施例１〜４と比較用の比較例１〜４の構成を有する各光学素子で評価を行った。

〈実施例１〉
実施例１では、線膨張係数が６．６×１０^-5／℃で、ＭＤ方向（長さ方向）の引張弾性率が３００ＭＰａ、ＴＤ方向（幅方向）の引張弾性率が２００ＭＰａである、メタアクリル酸メチル（ＭＭＡ）とアクリル酸ブチル（ＢＡ）のブロック共重合体とメタアクリル樹脂の混合物（上記した熱可塑性重合体組成物に相当）からなる厚み４００μｍの樹脂シート（前記したフレネルレンズパターンが形成される前のシート状成形体に相当）に、密着性を高めるために下記のプラズマ処理を行った後、１７５℃の温度をかけながら厚み２ｍｍの透明なガラス基板に圧着して貼り合わせた構成の光学素子を作製した。

前記ブロック共重合体としては、ＭＭＡ／ＢＡ＝５０／５０のＢ-１と、ＭＭＡ／ＢＡ＝３０／７０のＢ-２を用いた。メタアクリル樹脂としてパラペットＨ１０００Ｂ（株式会社クラレ製）を用いた。そして、Ｂ-１を５０質量％、Ｂ-２を２０質量％、メタアクリル樹脂を３０質量％の割合の混合物として、前記熱可塑性樹脂組成物を得た。

プラズマ処理は、次のように行った。春日電機株式会社製の大気圧プラズマ装置APG-500型を用いて、供給エアー流量１９０ＮＬ／ｍｉｎ、定格出力電力を４５０〜５００Ｗ、照射距離を１０ｍｍの条件で照射した。大気プラズマが照射される面積は約３ｃｍ²であり、同一場所に約1秒間プラズマが照射される条件でヘッドを動かし、樹脂シート全体にプラズマを照射した。

そして、この光学素子のガラス基板側から、メタルハライドランプ（波長帯域２９０〜４５０ｎｍ（紫外線波長帯域）で１ｋＷ／ｍｍ²の照度）で６００時間照射する前後での光の透過率の変化を測定した。図４Ａは、実施例１における光の透過率の測定結果であり、ａが６００時間照射後の透過率特性、ｂが照射開始前（照射時間０）の透過率特性である。

図４Ａの測定結果から明らかなように、上記した実施例１の光学素子は、メタルハライドランプで６００時間照射する前後でも略変化することなく良好な透過率を有している。なお、６００時間照射した光学素子の方が、波長帯域３５０〜４００ｎｍでの透過率が若干向上した。

〈実施例２〉
実施例２では、実施例１と同様の条件で作製された光学素子を５０ｃｍ角サイズにカットし、この光学素子を平坦な測定台に載置して、温度を変化させたときの前記樹脂シート（前記したフレネルレンズパターンが形成される前段階のシート状成形体に相当）の反り量を測定した。

この反り量測定では、室温時におけるこの樹脂シートの周辺部と中央部での反り量は０ｍｍであった。そして、室温から６５℃まで所定時間をかけて温度を上昇させた場合に、この樹脂シートの周辺部での反り量は０．５ｍｍと小さいものであった。なお、中央部での反り量は略０ｍｍであった。

〈実施例３〉
実施例３では、実施例１と同様の樹脂シートを用い、周知の真空ラミネート成形法によって、２０ｃｍ角サイズのフレネルレンズパターンが形成された集光レンズを透明なガラス基板に貼り合わせた構成の光学素子を作製した。

そして、固定したこの光学素子に対して、フレネルレンズパターンの焦点位置に１０ｍｍ角の受光センサを配置し、ガラス基板側からフレネルレンズパターン面の全面を走査するようにしてレーザ光（波長５３２ｎｍ、スポット径５ｍｍφ）を入射して、受光センサでの受光量を測定した。そして、この光学素子を取外した状態で同様にレーザ光（波長５３２ｎｍ、スポット径５ｍｍφ）を入射して、フレネルレンズパターンが無い場合の受光センサでの受光量を測定した。

そして、前記光学素子のフレネルレンズパターン面を通して受光センサで受光した受光量と、フレネルレンズパターンが無い場合の受光センサでの受光量に対する光学素子のフレネルレンズパターンを通して受光センサで受光した受光量の比率（レンズ集光効率）を評価した。その結果、本実施例における光学素子のフレネルレンズパターンによるレンズ集光効率は９０．０７％であった。

〈実施例４〉
実施例４では、実施例３と同様の構成の光学素子を室温から５０℃まで所定時間をかけて温度を上昇させた状況で、実施例３と同様にレンズ集光効率を評価した。その結果、本実施例における光学素子のフレネルレンズパターンによるレンズ集光効率は８９．９６％であった。この結果から室温の２５℃と５０℃でほぼレンズ集光効率が変化しないことがわかった。

また、本実施例における光学素子のガラス基板側から、フレネルレンズパターン面の中心から７５ｍｍ離れた位置にレーザ光を入射させたときの焦点位置におけるスポット形状の広がり状態を、温度が１５℃と５０℃の場合において観察した。その結果、温度が１５℃と５０℃の場合においても、レーザ光のスポット形状の広がりは小さかった。

〈比較例１〉
比較例１では、実施例１の光学素子の替わりとして市販されている厚み３ｍｍのアクリル樹脂シート（クラレ社製：商品名［パラペットＧＨ−ＳＮ］）を用いて、実施例１と同様にメタルハライドランプ（波長帯域２９０〜４５０ｎｍ（紫外線波長帯域）で１ｋＷ／ｍｍ²の照度）で６００時間照射する前後での光透過率の変化を測定した。図４Ｂは、比較例１における光透過率の測定結果であり、ａが６００時間照射後の透過率特性、ｂが照射開始前（照射時間０）の透過率特性である。

図４Ｂの測定結果から明らかなように、上記した厚み３ｍｍのアクリル樹脂シートは、メタルハライドランプで６００時間照射した後では、波長帯域３５０〜６００ｎｍでの光透過率が大幅に低下した。特に短波長領域側での低下が顕著であった。即ち、アクリル樹脂シート単独の成形体では、耐光性に劣ることが分かる。

〈比較例２〉
比較例２では、実施例１において光学素子に用いた樹脂シートの替わりに引張弾性率が３３００ＭＰａである、厚み４００μｍのＰＭＭＡシートを用いた他は実施例１と同様にして光学素子を作製し、実施例２と同様の条件で、温度を変化させたときの光学素子の反り量を測定した。

この反り量測定では、室温時におけるこの光学素子の周辺部と中央部での反り量は０．０ｍｍであった。そして、室温から６５℃まで所定時間をかけて温度を上昇させた場合に、この光学素子の周辺部での反り量は２．１ｍｍであった。このように、実施例２と比較して反り量が大きい結果となった。

〈比較例３〉
比較例３では、実施例１において用いた樹脂シートの替わりにシリコーン樹脂シートを用い、実施例３と同様にして周知の真空ラミネート成形法によって、２０ｃｍ角サイズのフレネルレンズパターンが形成された集光レンズを透明なガラス基板に貼り合わせた構成の光学素子を作製した。

そして、実施例３と同様に、固定したこの光学素子に対して、フレネルレンズパターンの焦点位置に１０ｍｍ角の受光センサを配置し、ガラス基板側からフレネルレンズパターン面の全面を走査するようにしてレーザ光（波長５３２ｎｍ、スポット径５ｍｍφ）を入射して、受光センサでの受光量を測定し、更に、この光学素子を取外した状態で同様にレーザ光（波長５３２ｎｍ、スポット径５ｍｍφ）を入射して、フレネルレンズパターンが無い場合の受光センサでの受光量を測定した。

そして、前記光学素子のフレネルレンズパターン面を通して受光センサで受光した受光量と、フレネルレンズパターンが無い場合の受光センサでの受光量に対する光学素子のフレネルレンズパターン面を通して受光センサで受光した受光量の比率（レンズ集光効率）を評価した。その結果、比較例３における光学素子のフレネルレンズパターン面によるレンズ集光効率は８７．９％であり、実施例３の場合よりも低下した。

〈比較例４〉
比較例４では、比較例３と同様の構成の光学素子（フレネルレンズパターンを形成したシリコーン樹脂シートをガラス基板に貼り合わせた構成の光学素子）を室温から５０℃まで所定時間をかけて温度を上昇させた状況で、実施例３（比較例３）と同様にレンズ集光効率を評価した。その結果、比較例４における光学素子のフレネルレンズパターン面によるレンズ集光効率は８０．８％であり、実施例４の場合よりも低下した。また、比較例３と比較して熱を付与していないときと比較すると、大幅に集光効率が低下した。

また、比較例４における光学素子のガラス基板側から、フレネルレンズパターン面の中心から７５ｍｍ離れた位置にレーザ光を入射させたときの焦点位置におけるスポット形状の広がり状態を、温度が１５℃と５０℃の場合において観察した。その結果、温度が１５℃の場合ではレーザ光のスポット形状の広がりは小さかったが、５０℃の場合ではレーザ光のスポット形状の広がりが大きなものとなった。

Claims

透光性基板と、一方の面に光学機能パターンを有し他方の面が前記透光性基板上に接着された有機性樹脂からなるシート状成形体を備えた光学素子であって、
前記シート状成形体は、引張弾性率が１５００ＭＰａ以下で、線膨張係数が７．０×１０^-5／℃以下であり、厚み４００μｍのときの少なくとも可視光波長帯域の平均透過率が８５％以上で、ヘイズ値が１．０％以下であり、
メタルハライドランプを用いて、紫外線を含む光線を１ｋＷ／ｍ²の照度で６００時間照射した場合に、少なくとも３５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯域での平均光透過率の低下が２％以下であり、
前記シート状成形体は、アクリル系ブロック共重合体（Ａ）とアクリル樹脂（Ｂ）とを含む熱可塑性重合体組成物を用いて形成され、
前記熱可塑性重合体組成物は、前記アクリル系ブロック共重合体（Ａ）が、アクリル酸エステル単位を主体とする重合体ブロック（ａ１）の両末端にそれぞれメタクリル酸エステル単位を主体とする重合体ブロック（ａ２）が結合した構造を分子内に少なくとも１つ有するアクリル系ブロック共重合体であり、重量平均分子量が１０，０００〜１００，０００であって；
前記アクリル系ブロック共重合体（Ａ）が、重合体ブロック（ａ２）の含有量が４０質量％以上８０質量％以下であるアクリル系ブロック共重合体（Ａ１）と重合体ブロック（ａ２）の含有量が１０質量％以上４０質量％未満であるアクリル系ブロック共重合体（Ａ２）を含み；
前記アクリル樹脂（Ｂ）が、主としてメタクリル酸エステル単位から構成され；
アクリル系ブロック共重合体（Ａ）とアクリル樹脂（Ｂ）との質量比〔（Ａ）／（Ｂ）〕が９７／３〜１０／９０であり、
前記透光性基板が、その面積に対する厚みが、面積１ｍ²に対して厚さが５ｍｍ以下であって、前記シート状成形体が前記透光性基板の厚みの１／１５以上の厚みで形成されていることを特徴とする光学素子。
前記透光性基板が、ガラス基材よりなることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
前記シート状成形体の中に紫外線吸収剤を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
前記透光性基板の中に紫外線吸収剤を含んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学素子。
前記透光性基板の前記シート状成形体が接着されている面と反対側の面に、紫外線吸収層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子。
前記透光性基板の前記シート状成形体が接着されている面と反対側の面に、防汚処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学素子。
前記透光性基板の前記シート状成形体が接着されている面と反対側の面に、反射防止処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学素子。
前記透光性基板に接着された前記シート状成形体に対する剥離接着強さは２５Ｎ／２５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学素子。
前記シート状成形体の前記透光性基板との接着面を、プラズマ処理、エキシマ処理、コロナ処理のいずれかの処理を施した上で、該接着面に前記透光性基板が接着されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学素子。
前記シート状成形体に形成された前記光学機能パターンは、フレネルレンズパターンであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学素子。
太陽光を集光する光学素子と、前記光学素子により集光された太陽光を受光して光電変換する太陽電池素子を備えた集光型太陽光発電装置において、
前記光学素子は、請求項１０に記載の光学素子であることを特徴とする集光型太陽光発電装置。