JP2002196099A - α線照射型太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】太陽電池に、太陽光の代わりにプルトニウム２
３８を重畳し、そのα線により電力を得るもので、太陽
電池を構成するプラスチック、ガラスのα線による破
壊、および太陽電池の劣化を防止する。 【解決手段】太陽電池の透明導電膜と半導体のＰ層の間
にプルトニウム２３８を蒸着等の方法で薄膜として形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】此の発明は、α線照射型太陽
電池、則ち、α線の照射により発電する太陽電池に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽光を当てて発電する太陽電池
はあった。太陽電池の太陽光による発電量の測定結果は
下記の通りであった。則ち、 日時；１９８８年８月２６日午後１時５５分 場所；長野県飯山市内 天候；快晴 ほぼ太陽光に垂直な位置で撮影 太陽光による発電量は４．８５ボルト、１４３ｍＡであ
った。太陽電池の受光面の面積は１１．５ｃｍ×１２．
０ｃｍ＝１３８半方ｃｍであった。太陽電池１００平方
ｃｍ当たりの発生電流量は１４３÷１３８＝１０３．６
２ｍＡであった。此処では便宜上、１００ｍＡとして計
算を進める。又、電圧は此処では便宜上５ボルトして計
算する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の太陽光を当てて
なる太陽電池には次の様な欠点があった。 （イ）太陽光が利用出来ない夜間には、発電ができない
と言う決定的な制限があった。 （ロ）曇りの日、雨の日には太陽光のエネルギーが充分
には得られなかった。 （ハ）太陽電池を屋根の上に設置するには多くの費用が
掛かり、又、風雪に耐える構造とするためには、架台一
つを作るにしても、高い費用が掛かった。 （ニ）従来の太陽電池は、屋根の上に太陽電池を敷き詰
めるが、充分の発電量を得る為には、何十平方メート
ル、ないしは、その数倍以上の大面積の太陽電池を使用
しなければなかった。従来の一般の家屋にはその様な大
面積の太陽電池を置く充分なスペースも無く、又、多く
の維持費も必要とした。 （ホ）プルトニウム２３８の作用則ち、α粒子（３）の
作用は、極めて激しく、半導体（太陽電池）の上にプル
トニウム２３８を重畳せしめると、表層の架台や保護膜
であるプラスチックやガラスの層（４）を破壊し、太陽
電池に達し太陽電池をも劣化させてしまうものであっ
た。 （ヘ）先願のα線６型原子力電池（出願番号、特願平；
９−９６３４１）は、太陽電池上にプルトニウム２３８
を重畳し発電を試みるものであった。下記に示す如く、
此は理論的に見ても発電は出来ないものであった。 本発明は、これらの欠点を除くためになされたものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】（イ）本発明はプルトニ
ウム２３８（２）を太陽電池（１）の透明伝導膜（５）
の下側、太陽電池ｐ層（６）の上側に蒸着等の方法を用
いて位置せしめる。そうすれば太陽電池の上に直接プル
トニウム２３８（２）を位置せしめたことになり、必要
な起電力を得ることができる。図５はα線照射型太陽電
池の断面の状態を示す概念図である。 （ロ）α線（３）による半導体（太陽電池）の破壊は、
使用するプルトニウム２３８の量を少なくして、プルト
ニウムの層を薄くして、つまり、数ミリメートルではな
く、２００μｍ以下から、数ｍμ（１μ＝１０００ｍμ
とする）前後のオーダーでのα線照射型太陽電池を作成
し、実験により、必要な電流、そして猶且つ、半導体
（太陽電池）を劣化させない必要な電流を得るための、
プルトニウム２３８の層の厚さを探すことにより解決す
るものである。つまり半導体（太陽電池）を破壊するこ
となく、猶且つ、必要な電流（５０から１５０ｍＡない
しはそれ以上）を得る為の、太陽電池を劣化させない
で、猶かつ最大の電力量を与えるのプルトニウム２３８
の層の厚さを実験により探さねばならない。そして、そ
れぞれの場合の劣化の有無を確認しなければならない。
一番多量の電力を提供し且つ劣化を示さないプルトニウ
ム２３８の量を決定しなげればならない。 （ハ）もう一つの手段は、α崩壊はγ線をも含むものが
あり、此が、太陽電池を劣化させた。それを防ぐために
は、α線をのみ放出するプルトニウム２３８を使用す
る。ここで、太陽電池（１）のｐ層は１５０Ａ°（以下
Ａ°をオングストロームと読む）ｉ層は５００Ａ°、ｎ
層は５００Ａ°、アルミニウム電極は１μｍ、プルトニ
ウム２３８（５）は厚くとも、二〜三μｍ前後（最大限
２００μｍ則ち０．２ｍｍ）である。（もしそれ以上の
プルトニウムを必要とすることになれば、多量のプルト
ニウムを要し、従来のアイソトープ電池と同じことにな
り、α線照射型太陽電池の意味がなくなる）。それに透
明伝導膜（５）を加えても、この太陽電池（１）は極め
て薄く作成可能である。理論上二個で５〜６ミリメート
ル以下の厚さにすることが可能である。 （ニ）α線照射型太陽電池の厚さは二個で数ミリメート
ル以下であるが、冷却水の層は少なくとも数ミリメート
ルから１０ミリメートル位、必要である。このため、α
線照射型太陽電池二個と冷却水の層の合計は１０〜１０
数ミリメートルを要することになる。 （ホ）α線６型原子力電池について言えば。α線は粒子
であり貫通力が極めて弱く、紙一枚透過しない。太陽電
池上にはガラス・プラスチックのカバーがあり此をα線
は透過できない。又太陽電池上には、透明伝導膜があり
此がα線を透過させない。従って太陽電池上にプルトニ
ウム２３８を積層しても電力は得られない。 本発明は、以上のような構成よりなる、α線照射型太陽
電池である。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。此の太陽電池にプルトニウム２３８を密着
させた構造を今仮にα線照射型太陽電池モジュールと名
付ける。此のα線照射型太陽電池モジュール二個を、透
明伝導膜（５）を中に挟んで図３の概念図の様にサンド
イッチ状に形成する。此の組み合わせを一つの単位とし
て太陽電池モジュールと名付ける。図３は、この太陽電
池モジュールの概念図であり、此処には四個の太陽電池
モジュールが横に並べられている。

【０００６】もしα線（３）が太陽電池に対して太陽光
と同じ起電力を持つならば、α線照射型太陽電池は大ま
かに言って、５ボルト１００ｍＡの電力を与える。従っ
て太陽電池モジュールは、その二倍、則ち２００ｍＡの
電力を得る。もし太陽電池の二倍ではなく十倍ないし三
十倍とすれば２０００ｍＡ、又は６０００ｍＡ則ち２ア
ンペアないし６アンペアの電力を得ることができる。各
太陽電池モジュールと太陽電池モジュールとの間に、数
〜十ミリメートルの厚さの冷却水を循環せしめ、冷却漕
に繋げる。太陽電池モジュール一単位と冷却水の層の合
計で１０ｍｍ位（１０〜１５ｍｍ位）とする事が可能で
ある。もしこの太陽電池モジュールを１０個並列に繋げ
ば、（図３には太陽電池モジュールが四個並んでいる）
図３の概念図のようになる。電池の内部抵抗等を考慮に
入れず、大まかに考えればその起電力は上記の太陽電池
モジュール一個当たり２００ｍＡとして、２０００ｍＡ
則ち、２アンペアとなる。此の様に１０個の太陽電池モ
ジュールを並列に積み重ねた構造を向後、太陽電池デバ
イスと呼ぶこととする。この太陽電池デバイスは約１リ
ットル（１〜１．５リットル）の体積と５ボルト２アン
ペアの起電力を持つ。そして２０個のα線照射型太陽電
池からなっている。電池の内部抵抗等を無視して大まか
な計算を進める。以下、次の様に計算を進める。此の太
陽電池デバイスを２０個直列に繋げば１００ボルト２ア
ンペアの起電力を持つ。此をここでα線照射型太陽電池
アレイＮｏ．１と名付ける。すると此のα線照射型太陽
電池アレイＮｏ．１は４００個の太陽電池を持ってい
る。体積は２０〜３０リットルとなる。更に、此のα線
照射型太陽電池アレイＮｏ．１を５０個並列に繋げば体
積は１０００〜１５００リットル、則ち一立方メートル
〜一立方メートル半となり、起電力は１００ボルト１０
０アンペアとなる。そして２００００個の太陽電池を持
っている。此の場合、太陽電池の総面積を求めると、１
００平方ｃｍ×２００００（個）＝２．０００．０００
平方ｃｍ、則ち２００平方メートルとなる。此をα線照
射型太陽電池アレイＮｏ．２と呼ぶ。則ちα線照射型太
陽電池アレイＮｏ．２は２００００個の太陽電池を持ち
１００ボルト１００アンペアの起電力を持ち１〜１．５
立方メートルの体積を持っている。

【０００７】此処で、上記のα線照射型太陽電池に於い
て、どれだけのプルトニワム２３８が必要なのかを考え
て見る。太陽電池を劣化させないで、猶且つ最大の電力
量を与える、そのプルトニウム２３８の量を求める。

【０００８】α線、プルトニウム２３８の必要量の予
測。プルトニウム２３８の層の厚さについて次のように
考えて計算して行く、少なくとも２０ｍμから２００μ
の間を十段階位に分けて測定し、太陽光と同じく５０ｍ
Ａ〜１５０ｍＡの電力を与え、猶且つ太陽電池を劣化さ
せないプルトニウム２３８の厚さを探し出す実験が必要
である。此処で１μ＝１０００ｍμとする。 ２００μ（則ち０．２ｍｍ）２０〜３０μ１〜２
μ２００〜２００ｍμ２０〜３０ｍμ 少なくとも上記の五〜十段階に付いて測定し計算してみ
る。必要プルトニウム２３８の量を計算するには、最終
的には、先ずそのプルトニウム２３８の嵩（体積）を求
め、之にプルトニウム２３８の密度２０ｇ（１９．８４
ｇ）をかけて見る。少なくとも上記の五〜十段階位に渡
ってそれぞれ測定する必要がある。今仮にの１００μ
に付いて計算すると。一個の太陽電池で１００μの厚さ
で１００ｍＡの起電力を持つものとして、太陽電池の個
数は 太陽電池モジュールで２個 ５ボルト ２００ミリア
ンペア 太陽電池デバイスで ２０個 ５ボルト ２アンペ
ア 体積１〜１．５リットル α線照射型太陽電池アレイＮｏ．１で４００個 １０
０ボルト ２アンペア 体積２０〜３０リットル。 α線型太陽電池アレイＮｏ．２で２００００個 １００
ボルト １００アンペア 体積１０００リットルないし
１５００リットル（一立方メートルないし一立方メート
ル半） 先ずプルトニウム２３８の体積を求めそれに密度を乗じ
て行くα線照射型太陽電池アレイＮｏ．２の場合、 プルトニウム２３８の厚さ１００μとして ２００００個の嵩（体積）は、その厚さは ０．１ｍｍ（１００μ）×２００００個＝２０００ｍｍ ２０００ｍｍ＝２００ｃｍ その体積は太陽電池の面積１００平方ｃｍとして ２００ｃｍ×１００平方ｃｍ＝２００００立方ｃｍ プルトニウムの密度２０をかけて ２００００×２０＝４０００００ｇ＝４００ｋｇ プルトニウム２３８の厚さ１μとした場合、 ０．００１ｍｍ（１μ）×２０，０００個＝２０ｍｍ ２０ｍｍ＝２ｃｍ その体積は１００平方ｃｍ×２ｃｍ ２ｃｍ×１００ｃｍ＝２００立方ｃｍ プルトニウム２３８の比重２０をかけて ２００×２０＝４０００ｇ ＝４ｋｇ プルトニウムの厚さを１０ｍμとした場合 １０００ｍμ＝１μとして ０，０００，０１ｍｍ（１０ｍμ）×２０，０００個＝０，２ｍｍ ＝０，０２ｃｍ その体積は１００平方ｃｍ×０，０２ｃｍ ０，０２ｃｍ×１００＝２立方ｃｍ プルトニウムの比重２０ｇをかけて ２×２０＝４０ｇ 上記のそれぞれの計算されたα線照射型太陽電池の中か
ら、５０〜１５０ｍＡないしそれ以上の起電力を持ち、
猶かつ、劣化を起こさないプルトニウム２３８の量を探
し求める。

【０００９】

【発明の効果】（１）太陽光ではなく、放射線を用いる
ために、夜、昼の区別なく、又曇天にも左右されること
なく、常に発電可能である。 （２）原子炉、蒸気タービン、発電機などの機械部分を
持たないから、場所を取らない。且つ機械の故障等が少
ない。 （３）太陽電池二万個の総面積で２００平方メートル。
此が１〜１．５立方メートルとコンパクトな形となる。
一千個〜一万個のα線照射型太陽電池を既存の一般の原
子力発電所の構内に設置可能である。 （４）上星探査衛星の様に太陽から遠距離のところで、
太陽光の利用出来ない時、又、灯台の電源として利用可
能である。 （５）化石燃料、太陽電池に続く地上の第三のエ
ネルギー源として、この人工の元素は利用する事が出来
る。危険が無く、クリーンなエネルギーを提供するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明の太陽電池とプルトニウム２３８との
関係を示す概念図である。

【図２】は同じく太陽電池とプルトニウム２３８とを密
着せしめた状態を示す概念図である。

【図３】は太陽電池モジュールを複数個積層した時の状
態を示す概念図である。此の図では４個の太陽電池モジ
ュールが横向きに描かれている。

【図４】はα線照射型太陽電池の断面の概念図である。

【図５】は同じくα線照射型太陽電池にプルトニウム２
３８を挿入した状態を示す、その断面の概念図である。

【符号の説明】

１は太陽電池 ２はプルトニウム２３８ ３はα線 ４はガラスのカバー ５は透明伝導膜 ６は太陽電池のｐ層 ７は太陽電池のｉ層 ８は太陽電池のｎ層 ９はアルミニウム電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池（１）の、透明伝導膜（５）の
   下側、太陽電池（１）のｐ層（６）の直上に、図５のよ
   うにプルトニウム２３８（２）を位置せしめ、発電を行
   う、以上の構成よりなるα線照射型太陽電池。