JP2002368244A

JP2002368244A - 太陽電池

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Publication number: JP2002368244A
Application number: JP2001176344A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Sugio; 嘉彦杉尾; Fumio Suzuki; 文雄鈴木; Isao Katayama; 功片山
Original assignee: ABEL SYSTEMS Inc
Current assignee: ABEL SYSTEMS Inc
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2002-12-20
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: JP4860836B2

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽から照射される電磁波をより効率よく受
信して太陽電池本体に供給する。表面電極の内部抵抗を
小さくして、発電電力を有効に出力する。【解決手段】太陽電池は、太陽電池本体１の表面側
に、誘電体でもって無数の誘電体アンテナ２を突出して
設けている。さらに、太陽電池は、この誘電体アンテナ
２の間の凹部６に太陽電池本体１の表面電極７を配設し
ている。【効果】誘電体アンテナは、近傍を通過する電磁波を
受信して効率よく太陽電池本体に供給するので、誘電体
アンテナの間の凹部に太陽電池本体の表面電極を配設し
ても優れた感度で電磁波を受信できる。表面電極は、比
抵抗が低い材質で広い面積に設けることができるので、
内部抵抗を小さくして、太陽電池本体で発電された電力
を有効に出力できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光線を効率よ
く吸収すると共に、発電して電力を有効に出力できる太
陽電池に関する。本明細書において、「太陽電池」は、
太陽光線と、太陽光線以外の光を受光して発電する全て
の光電池を含む広い意味に使用する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池は、太陽から照射される光線で
ある可視光線を含む電磁波をいかに効率よく吸収できる
かが大切である。図１は太陽から照射される電磁波の地
表面における強度を示し、図２は結晶シリコン太陽電池
の分光感度特性を示している。図１に示すように、太陽
から放射される電磁波は紫外線領域から赤外線領域まで
広い範囲に分布している。太陽電池の吸収波長は可視光
線の範囲に止まらず赤外線の領域まで広く分布してい
る。太陽電池は、変換効率を高くするために、図１に示
す波長特性の電磁波をいかに効率よく吸収して発電に寄
与できるかが大切である。

【０００３】太陽の電磁波をより効率よく吸収させる従
来技術は、以下の２種に大別できる。太陽電池表面の反射率を低くする。レンズで光線を集束して太陽電池に照射する。

【０００４】の表面反射率を低くする技術として以下
の(1)〜(3)の技術が開発されている。 (1) 太陽電池表面のシリコンをエッチングして微細な
ピラミッドを多数に設けているテクスチュア表面とする
方法。 (2) 表面をスリット状に加工する方法。 (3) シリコン表面に酸化チタン等の薄膜を設けて、薄
膜の屈折率（ｎ）と厚さ（ｄ）とを調整して、以下の式
で示される波長（λ）の反射率を低減する方法。ｄ＝λ／４ｎ

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】太陽電池の表面反射率
を低くする方法において、(1)のテクスチュア表面とす
る構造、あるいは(2)のスリット状に加工する方法は、
反射率を理想的な状態とすることが難しい。また、(3)
の薄膜の屈折率と厚さとで反射率を低くする構造は、広
い波長領域において小さい反射率とすることが難しい欠
点がある。さらに、のレンズで太陽光線を集束する方
法は、集束するほど太陽電池が加熱される欠点があり、
太陽が移動すると集束領域が変化して、太陽電池の表面
に集束できなくなるので、レンズと太陽電池とを常に太
陽の方向に向ける追随システムを必要とする欠点があ
る。

【０００６】さらに、太陽電池は、発電した電力を有効
に出力させることも大切である。太陽電池は、発電電力
を取り出すために、両面に対向して一対の電極、すなわ
ち表面側電極と裏面電極を設けている。とくに、表面側
電極は、太陽光を受光する面側に配設される電極である
ため、太陽電池の発電電力に大きく影響する。表面側電
極には、現在、最も多く使用されているシリコン系太陽
電池を例にとると、櫛歯状の金属電極、あるいは、透明
電極が採用されている。

【０００７】櫛歯状の金属電極の一例を図２２に示す。
この図に示す金属電極１２は、太陽電池本体１の表面の
中央に本線１２Ａを配設すると共に、この本線１２Ａの
両側に複数の櫛歯電極１２Ｂを突出して設けている。櫛
歯状の金属電極１２は、太陽電池の受光部１３を大きく
とるために、櫛歯電極１２Ａの上部面積を節約して細長
くする必要がある。金属導体の抵抗は、長さＬに比例
し、断面積Ｓに反比例するので、櫛歯電極１２Ａを細長
くすると電気抵抗が大きくなる。このため、櫛歯状の金
属電極１２は、太陽電池の内部抵抗が大きくなり、電圧
降下が生じて太陽電池の出力が低下する。また、電極部
以外の受光部１３の面積を広くすると、ｐｎ接合にて生
成された電子が太陽電池表面を移動するときに、正孔と
の再結合を起こし易くなって、表面側電極に捕獲され難
くなる。このことも、太陽電池の出力を低下させる。こ
のため、櫛歯状の金属電極は、櫛歯の間隔を最適化させ
る必要がある。

【０００８】一方、透明電極は、光を透過させる必要が
あるので、ＩＴＯ等が使用されている。ＩＴＯ等の透明
電極は、シリコンとの接合抵抗、および透明電極の比抵
抗が高いために内部抵抗が大きくなリ、太陽電池の出力
を低下させる。透明電極は、発電電力を有効に出力する
ために電気抵抗を小さくする必要がある。しかしなが
ら、電気抵抗の小さい透明電極は、光の透過率が悪くな
って発電電力を小さくする。理想的な透明電極は、電気
抵抗が小さくて、光の透過率が高いものである。しかし
ながら、透明電極の電気抵抗と光の透過率は互いに相反
する特性であって、両方を満足することが難しい。この
ことは、透明電極のコストを高くして、太陽電池の製造
コストを高くする原因ともなっている。現実の太陽電池
は、透明電極の光の透過率が低下すると発電電力が低下
してしまうので、透明電極の光透過率を高くするため
に、電気抵抗を大きくせざるを得ない。このことが、太
陽電池の発電電力を有効に出力するのを難しくしてい
る。

【０００９】本発明は、従来のこのような欠点を解決す
ることを目的に開発されたもので、従来の構造とは全く
異なる原理によって、太陽から照射される電磁波をより
効率よく受信して太陽電池本体に供給できると共に、発
電電力を有効に出力できる太陽電池を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池は、太
陽電池本体１の表面側に、誘電体でもって無数の誘電体
アンテナ２を突出して設けている。さらに、太陽電池
は、この誘電体アンテナ２の間の凹部６に太陽電池本体
１の表面電極７を配設している。

【００１１】太陽電池本体１は、表面に透明電極８を設
けて、この透明電極８の表面に表面電極７を設けことが
できる。表面電極７は、金属とすることができる。さら
に、表面電極７は、透明電極８にオーミック接続するこ
とができる。さらに、太陽電池本体１は、光を反射する
光反射面１０Ａを表面に有する裏面電極１０を備えるこ
とができる。この裏面電極１０の光反射面１０Ａは、凹
凸面とすることができる。太陽電池本体１は、アモルフ
ァスシリコンとすることができる。さらに、誘電体アン
テナ２と太陽電池本体１との間に、反射防止膜１１を設
けることができる。

【００１２】誘電体アンテナ２は、好ましくは、その高
さ（Ｔ）を太陽電池本体１の最大感度波長λmaxの０．
５〜５倍とし、最小幅（Ｄ）を高さ（Ｔ）の０．５〜２
倍とし、かつ、隣接する誘電体アンテナ２間の間隔
（Ｌ）を最大感度波長λmaxの０．５〜１０倍とする。
本明細書において「最大感度波長λmax」とは、太陽電
池本体の分光感度が最大になる電磁波の波長を意味する
ものとする。図２に示す分光感度の太陽電池は、最大感
度波長λmaxが約０．９μｍである。

【００１３】誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）は、好まし
くは０．５〜５μｍで、その形状は、多角柱状、円柱
状、楕円柱状等とすることができる。さらに誘電体アン
テナ２は、平面形状を細長い長方形とする角柱状、ある
いは両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることも
できる。誘電体アンテナ２を形成している誘電体の誘電
率は、好ましくは２〜１０である。誘電体の誘電率は、
低すぎると誘電体アンテナとしての効率が悪く、誘電率
が高すぎると太陽電池本体に供給する電磁波の波長領域
が狭くなる。さらに、本発明の太陽電池は、誘電体アン
テナ２を着色することができ、また、誘電体アンテナ２
の表面側を平滑面として、異物が付着して汚れるのを防
止できる。

【００１４】さらに、本発明の太陽電池は、誘電体アン
テナ２の表面側に誘電体からなる表面層１４を設けるこ
とができる。この表面層１４は、誘電体アンテナ２を埋
設する状態に設けられる。表面層１４は、表面を平滑面
とすることも、表面をテクスチュア面とすることもでき
る。さらに、表面層１４は、表面に反射防止膜１５を設
けて光の反射を有効に防止できる。さらにまた、本発明
の太陽電池は、表面電極７の表面に放射線遮蔽層１６を
設けることもできる。

【００１５】

【作用】本発明の太陽電池は、表面における電磁波の反
射率を低くして発電効率を高くするのではない。また、
レンズのように可視光線を一点に集束して発電効率を高
くするのでもない。太陽電池本体の表面に設けている誘
電体アンテナが、太陽から放射される可視光線を含む電
磁波をアンテナとして受信し、受信した電磁波を太陽電
池本体に供給する。誘電体で構成される多数の誘電体ア
ンテナは、高い利得で太陽から放射される電磁波を受信
する。誘電体アンテナは先端の面積が小さいが、この先
端面に入射する電磁波のみを受信するのではない。誘電
体アンテナは先端面に入射する電磁波のみでなく、近傍
を通過する電磁波をも受信する。たとえば、誘電体で製
作されて、高さ（Ｔ）を１λ、一辺を１λとする平面形
状を正方形とする角柱状の誘電体アンテナは、波長を
０．５〜３λとする電磁波における利得が約１０ｄｂと
極めて高くなる。このことは、誘電体アンテナが電磁波
を極めて効率よく受信することを意味する。

【００１６】さらに、本発明の太陽電池は、これらの無
数の誘電体アンテナで電磁波を効率よく受信できるの
で、誘電体アンテナの間の凹部に、比抵抗が低い材質の
表面電極を配設することができる。しかも、この表面電
極は面積を広くできる。このように、比抵抗が低く面積
が広い表面電極は、内部抵抗が小さくなるので、太陽電
池本体で発電された電力を有効に出力できる。比抵抗が
低い材質の表面電極を広い面積で配設すると、この部分
における光の透過率は悪くなる。しかしながら、誘電体
アンテナは、先端面に入射する電磁波のみでなく、近傍
を通過する電磁波も受信するので、表面電極の上面に照
射される電磁波を効率よく受信して太陽電池本体に供給
できる。すなわち、本発明の太陽電池は、太陽電池本体
の表面から突出する無数の誘電体アンテナによって、誘
電体アンテナの周囲の電磁波をも効率よく受信すると共
に、誘電体アンテナ以外の部分に表面電極を設けること
で、表面電極の内部抵抗を小さくして発電電力を有効に
出力している。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための太陽電池を例示するもの
であって、本発明は太陽電池を下記のものに特定しな
い。

【００１８】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決す
るための手段の欄」に示される部材に付記している。た
だ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に
特定するものでは決してない。

【００１９】図３に示す太陽電池は、太陽電池本体１
と、この太陽電池本体１の表面側に設けている無数の誘
電体アンテナ２と、この誘電体アンテナ２の間の凹部６
に配設している表面電極７を備える。太陽電池本体１
は、誘電体アンテナ２から供給される電磁波を吸収して
発電するもので、たとえば、結晶シリコン、アルモファ
スシリコン等がある。

【００２０】誘電体アンテナ２は、太陽電池本体１の表
面に対して垂直方向に延長して設けられる。この誘電体
アンテナ２は、太陽電池本体１の最大感度波長λmaxの
０．５〜５倍の高さ（Ｔ）で、最小幅（Ｄ）を高さ
（Ｔ）の０．５〜２倍とし、さらに、隣接する誘電体ア
ンテナ２間の間隔（Ｌ）を最大感度波長λmaxの０．５
〜１０倍とする。さらに、好ましくは、隣接する誘電体
アンテナ２の間隔（Ｌ）は、誘電体アンテナの高さ
（Ｔ）の０．５〜１０倍とする。

【００２１】誘電体アンテナ２の高さ（Ｔ）を最大感度
波長λmaxの０．５〜５倍とするのは、最大感度波長λm
axに比較して短すぎても、反対に長すぎても、電磁波を
受信する感度が低下するからである。また、誘電体アン
テナ２の最小幅（Ｄ）も、狭き過ぎても広すぎても電磁
波の受信感度が低下し、さらに、隣接する誘電体アンテ
ナ２の間隔（Ｌ）も、狭すぎても広すぎても受信感度が
低下する。図２に示す分光感度特性の太陽電池は、最大
感度波長λmaxが約０．９μｍである。この太陽電池
は、高さ（Ｔ）を最大感度波長λmaxの０．５〜５倍と
する場合、誘電体アンテナの高さ（Ｔ）は、０．４５〜
４．５μｍとなる。太陽電池の最大感度波長λmaxは、
太陽電池の材質等で変化する。誘電体アンテナの高さ
（Ｔ）の最適値は太陽電池の材質によって変化するが、
最大感度波長λmaxを約１μｍとする太陽電池に使用す
る誘電体アンテナは、高さ（Ｔ）を０．５〜５μｍとす
る。

【００２２】誘電体アンテナ２は、図３に示すように多
角柱とし、あるいは図４に示すように、円柱状とし、あ
るいはまた、図示しないが楕円柱状とすることもでき
る。さらに、図５と図６に示すように、誘電体アンテナ
２は、平面形状を細長い長方形とする角柱状とすること
もできる。また、図７に示すように、平面形状において
両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることもでき
る。さらに、以上の図の誘電体アンテナ２は先端を平面
状としているが、図８の拡大断面図に示すように先端を
湾曲面とすることもできる。

【００２３】さらに、太陽電池は、誘電体アンテナ２の
表面側を平滑面として、誘電体アンテナ２の隙間に異物
が付着して汚れるのを防止できる。表面側を平滑面とす
るには、図９に示すように電磁波を透過させる平面板４
を配設し、あるいは図１０に示すように、誘電体アンテ
ナ２の間に誘電率が低い材料５を充填する。誘電率の低
い材料５としては、たとえば、四フッ化エチレン樹脂、
ＦＲＰ等が使用できる。

【００２４】誘電体アンテナ２は、有機や無機の誘電体
で製作される。誘電体は、誘電率を２〜１０とする材質
が適している。これより誘電率が低いとアンテナとして
充分に利得が実現されず、また、高すぎると受信できる
電磁波の波長領域が狭くなる。有機の誘電体として、ポ
リプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂等が使用でき
る。無機の誘電体としてガラス、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３
等が使用できる。

【００２５】誘電体は、エッチングして誘電体アンテナ
２を形成することができる。また、レーザー等で誘電体
アンテナ２を形成することもできる。誘電体アンテナ２
は、太陽電池本体１の表面に直接に誘電体の薄膜を設
け、これをエッチングして無数の誘電体アンテナ２を設
けることができる。

【００２６】誘電体アンテナ２を構成する誘電体は、顔
料や染料を添加して着色することができる。着色した誘
電体アンテナを表面に備える太陽電池は、表面を美しい
色にできる特長がある。このことにより、本発明の太陽
電池は、壁面や屋根に装置し、建築材のごとく活用が可
能である。

【００２７】太陽電池は、誘電体アンテナ２の間にでき
る凹部６に表面電極７を配設している。誘電体アンテナ
２は、その周囲に入射する太陽光線をも吸収して太陽電
池本体１に供給する。いいかえると、誘電体アンテナ２
に直接に入射しない太陽光線も吸収して透過させる。誘
電体アンテナ２が周囲の光を吸収するので、誘電体アン
テナ２の間に、光を透過させない表面電極７を設けて
も、光の透過率は低下しない。それは、誘電体アンテナ
２の間に入射する光が、誘電体アンテナ２に吸収される
からである。したがって、誘電体アンテナ２の間に設け
る表面電極７には、透光性が要求されない。透光性のな
い表面電極７は、金属電極とすることができる。金属電
極は、電気抵抗が極めて小さく、発電電力を極めて有効
に出力できる。表面電極７は、たとえばアルミニウム、
銅、銀等の金属薄膜とすることができる。

【００２８】図１１ないし図１４に示す太陽電池は、太
陽電池本体１の表面側に、無数の誘電体アンテナ２を設
け、さらに、この誘電体アンテナ２の間の凹部６に表面
電極７を設けている。太陽電池本体１は、光を受光して
発電する半導体発電層９を有する。図の太陽電池本体１
の半導体発電層９は、アモルファスシリコンである。ア
モルファスシリコンの半導体発電層９は、ｎ型アモルフ
ァスシリコン層９Ａと、ｉ型アモルファスシリコン層９
Ｂと、ｐ型アモルファスシリコン層９Ｃとを積層してい
る。本発明は、太陽電池本体１の半導体発電層９をアモ
ルファスシリコンに特定しない。半導体発電層は、結晶
シリコンや多結晶シリコンとすることもできる。また、
太陽電池本体は、シリコン系に限らず、化合物半導体系
や有機物系の半導体発電層とすることもできる。

【００２９】半導体発電層９がアモルファスシリコンの
太陽電池は、光を受光して発生したキャリアを有効に取
り出すことが難しい。図に示すように、半導体発電層９
の表面に、低抵抗な表面電極７を設ける太陽電池は、キ
ャリアを効率よく出力できる。図１１に示す太陽電池
は、半導体発電層９に透明電極を設けることなく、直接
に表面電極７を設けている。この構造の太陽電池は、高
価なＩＴＯ等の透明電極を設けないので、安価に製造で
きる特長がある。

【００３０】ただ、本発明の太陽電池は、図１２ないし
図１４に示すように、半導体発電層９の表面に、透明電
極８を設けることもできる。これらの太陽電池は、誘電
体アンテナ２の中央部分で生成されたキャリアを、透明
電極８で効率よく収集できる特長がある。図１２ないし
図１４の太陽電池本体１は、表面に透明電極８を有し、
この透明電極８の表面に、誘電体アンテナ２と表面電極
７を設けている。この構造の太陽電池は、金属製の表面
電極７を低抵抗な状態で透明電極８にオーミック接触さ
せている。透明電極８の表面にオーミック接触される表
面電極７は、透明電極８の電気抵抗を極めて小さくす
る。したがって、透明電極８に電気抵抗の大きい、いい
かえると優れた透光性のものを使用して、電極の電気抵
抗を小さくできる。

【００３１】さらに、図１１ないし図１４に示す太陽電
池は、裏面電極１０の表面を、光を反射する光反射面１
０Ａとしている。この裏面電極１０は、誘電体アンテナ
２から太陽電池本体１に入った光を、図の矢印で示すよ
うに、表面の光反射面１０Ａで反射させる。この反射光
は、表面電極７の裏側反射面７Ａで再び反射されて、太
陽電池本体１の内部に閉じこめることができる。すなわ
ち、これらの太陽電池は、誘電体アンテナ２から入射し
た光を、太陽電池本体１の内部で反射させて閉じ込める
ことにより、発電効率を向上させることできる。とく
に、金属である表面電極７は、裏側反射面７Ａでより効
率よく光を反射できる。

【００３２】さらに、図１４に示す太陽電池は、裏面電
極１０の光反射面１０Ａを凹凸面としている。この裏面
電極１０は、誘電体アンテナ２から太陽電池本体１に入
った光を、凹凸面である光反射面１０Ａで散乱させる。
このため、誘電体アンテナ２から入射した光を太陽電池
本体１の内部に閉じ込める効果を向上させて、発電効率
をより高くできる特長がある。

【００３３】さらに、図１３と図１４の太陽電池は、誘
電体アンテナ２と太陽電池本体１との間に反射防止膜１
１を設けている。この反射防止膜１１は、ＳｉＯ_２、フ
ッ素系ポリマーのような低屈折率の物質の薄膜である。
反射防止膜１１の膜厚は、好ましくは、太陽電池の最大
感度波長λmaxの１／４とする。この反射防止膜１１
は、誘電体アンテナ２に集光された光を、反射すること
なく効率よく太陽電池本体１に入射させる。

【００３４】さらに、本発明の太陽電池は、図１５ない
し図１７に示すように、誘電体アンテナ２の表面側に表
面層１４を設けることもできる。これらの図に示す表面
層１４は、無数の誘電体アンテナ２や表面電極７を埋設
する状態で設けている。表面層１４は、誘電率の低い材
料、たとえば、四フッ化エチレン樹脂、ＦＲＰ等の誘電
体で成形される。このように、表面に表面層１４を設け
た太陽電池は、表面層１４で誘電体アンテナ２の凹凸を
吸収できると共に、誘電体アンテナ２や表面電極７を保
護できる特長がある。図１５と図１６に示す太陽電池
は、表面層１４の表面を平滑面としているので外観を良
くできる特長がある。さらに、図１７に示す太陽電池
は、表面層１４の表面をテクスチュア面としている。テ
クスチュア面は、表面層１４の表面をエッチングして、
微細なピラミッドを多数設けた形状に成形している。テ
クスチュア面の互いに隣接するピラミッドの間隔（Ｈ）
は、１０〜５０μｍとすることができる。このように、
表面層１４の表面をテクスチュア面とする構造は、光を
効率よく吸収できる特長がある。

【００３５】さらに、図１６と図１７に示す太陽電池
は、表面層１４の表面に、反射防止膜１５を設けてい
る。この反射防止膜１５は、ＳｉＯ_２、フッ素系ポリマ
ーのような低屈折率の物質の薄膜である。反射防止膜１
５の膜厚は、太陽電池の最大感度波長λmaxの１／４で
あることが望ましい。反射防止膜は１５は、太陽電池に
入射する光が表面で反射されるのを有効に防止して、光
を効率よく吸収できる。とくに、図１７に示す太陽電池
は、表面のテクスチュア面と反射防止膜１５との相乗効
果で、光の閉じ込め効果をさらに向上して、より効率よ
く光を吸収できる。

【００３６】さらに、図１８に示す太陽電池は、表面電
極７の表面に放射線遮蔽層１６を設けている。放射線遮
蔽層１６は、表面電極７の表面に、Ｐｂ等を数μｍ〜数
１０μｍの薄膜状に成形している。この放射線遮蔽層１
６は、放射線や宇宙線が半導体発電層９に侵入するのを
阻止して、半導体発電層９に放射線や宇宙線による欠陥
が入るのを有効に防止する。このため、この太陽電池
は、この欠陥に起因するリーク電流の発生を極減して、
起電力が低下するのを有効に防止できる。この太陽電池
は、交換やメンテナンスが難しい用途に有効に利用でき
る。この太陽電池は、たとえば、人工衛星等に搭載して
宇宙開発に有効利用できる。

【００３７】図３ないし図１８に示す太陽電池は、無数
の誘電体アンテナ２の間の凹部６であって、太陽電池本
体１の表面の全面に表面電極７を設けている。これらの
構造の太陽電池本体１は、表面電極７の面積を広くし
て、表面電極７の内部抵抗を有効に小さくできる特長が
ある。ただ、表面電極７は、図１９と図２０の平面図に
示すように、無数の誘電体アンテナ２の間の凹部６に、
部分的に設けることもできる。これらの図において、表
面電極７は、クロスハッチングで示している。図１９に
示す太陽電池は、誘電体アンテナ２の周辺部を除く部分
に表面電極７を配設している。さらに、図２０に示す太
陽電池は、凹部６に所定の間隔で表面電極７を格子状に
配設している。これらの表面電極７は、凹部６の全面に
配設する構造に比べると面積が小さくなるが、表面電極
７は金属であるので、内部抵抗を十分に小さくできる。
さらに、凹部６に部分的に表面電極７を設ける構造は、
表面電極７が配設されない部分では、光を遮断すること
なく透過させて太陽電池本体１に供給できる。

【００３８】以上の構造の太陽電池は、以下のようにし
て製作される。［表面電極の形成工程］太陽電池本体１の表面に、スパッタリングで金属膜
を形成する。ＰＲにてパターンを露光し、金属膜をエッチングし
て表面電極７のパターンを形成する。パターンニングさ
れた表面電極７は、誘電体アンテナ２が形成される部分
の金属膜が除去されている。ただ、太陽電池本体は、Ｐ
Ｒにてパターンを形成した後に金属膜を形成し、ＰＲを
除去して表面電極を形成することもできる。

【００３９】［誘電体アンテナの形成工程］表面電極７を形成した太陽電池本体１の表面に、プ
ラズマＣＶＤやスパッタリング等により誘電体の薄膜を
形成させる。誘電体の薄膜の表面にパターンニングを行い、誘電
体の薄膜をエッチング加工して誘電体アンテナ２を形成
する。図３ないし図１８に示す太陽電池は、表面電極７
に当たる部分をエッチング加工して誘電体アンテナ２を
形成する。このとき、誘電体アンテナ２は、所定の形状
に形成される。

【００４０】以上のようにして製作された太陽電池の分
光感度を図２１のグラフに示す。このグラフにおいて、
曲線Ａは、本発明の実施例の太陽電池の分光感度を、曲
線Ｂは、従来の太陽電池であって、太陽電池本体の表面
に櫛歯状の金属電極を配設した比較例の太陽電池の分光
感度を、曲線Ｃは、太陽電池本体の表面に、誘電体アン
テナを形成することなく、表面電極のみを形成した太陽
電池の分光感度をそれぞれ示している。ただし、曲線Ａ
〜Ｃで示す太陽電池は、１セルが１ｃｍ×２ｃｍのもの
であって、太陽電池本体に同じものを使用しており、半
導体発電層を単結晶シリコンとしている。

【００４１】さらに、曲線Ａで示す実施例の太陽電池
は、誘電体アンテナ２をＳｉＯ_２で円柱状に成形してお
り、高さ（Ｔ）を１．１μｍ、幅（Ｄ）を１μｍ、隣接
する誘電体アンテナ間の間隔（Ｌ）を０．７μｍとして
いる。さらに、表面電極は、Ｔｉ上にＣｕを積層して全
体の厚さが１μｍとなるように成形した金属薄膜で、凹
部の全面に設けている。また、曲線Ｂで示す比較例の太
陽電池は、図２２に示すように、太陽電池本体１の表面
に、櫛歯状の金属電極１２を設けている。この金属電極
１２は、Ｔｉ上にＣｕを積層して全体の厚さが１μｍと
なるように成形した金属薄膜を細長いライン状としてい
る。金属電極１２の幅は、７５μｍとしている。さら
に、金属電極１２は、図に示すように、太陽電池本体１
の表面の中央に本線１２Ａを配設すると共に、この本線
１２Ａの両側に複数の櫛歯電極１２Ｂを突出して設けて
いる。複数の櫛歯電極１２Ｂは、間隔（Ｗ）を５ｍｍと
して等間隔に配設しており、櫛歯電極１２Ｂの突出長さ
（ｌ）を５ｍｍとしている。さらにまた、曲線Ｃで示す
太陽電池は、太陽電池本体の表面に、曲線Ａで示す太陽
電池に設けたものと同じ表面電極のみを設けている。

【００４２】このグラフの曲線Ｂと曲線Ｃを比較する
と、櫛歯状の金属電極から表面電極に変更しただけで
は、光を受光する感度が低下していることがわかる。こ
れは、表面電極の面積を広くすることによって、光の透
過率が低下したためであると考えられる。これに対し
て、曲線Ａと曲線Ｃを比較すると、曲線Ａで示す太陽電
池が、曲線Ｃで示す太陽電池よりも極めて優れた受光感
度を有することがわかる。このことは、曲線Ｃで示す太
陽電池に誘電体アンテナを設けることにより、光を受光
する感度が飛躍的に向上することを示している。これら
のグラフからも明らかなように、本発明の太陽電池は、
表面電極の面積を広くして内部抵抗を小さくするだけで
なく、誘電体アンテナを設けることによって、優れた感
度で光を集光できることがわかる。

【００４３】

【発明の効果】本発明の太陽電池は、太陽から照射され
る電磁波をより効率よく受信して太陽電池本体に供給で
きると共に、発電電力を有効に出力できる特長がある。
それは、本発明の太陽電池が、太陽電池本体の表面側
に、誘電体でもって無数の誘電体アンテナを突出して設
けると共に、この誘電体アンテナの間の凹部に太陽電池
本体の表面電極を配設しているからである。太陽電池本
体の表面から突出する無数の誘電体アンテナは、先端面
に入射する電磁波のみでなく、近傍を通過する電磁波も
受信して、効率よく太陽電池本体に供給できる。このた
め、この誘電体アンテナの間の凹部に太陽電池本体の表
面電極を配設しても、優れた感度で電磁波を受信でき
る。とくに、この表面電極は、透光性を低くできるの
で、比抵抗が低い材質を使用して、しかも、広い面積で
設けることができる。このため、表面電極の内部抵抗を
小さくして、太陽電池本体で発電された電力を有効に出
力できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】太陽から照射される電磁波の海面における強度
を示すグラフ

【図２】結晶シリコン太陽電池の分光感度特性を示すグ
ラフ

【図３】本発明の一実施例の太陽電池の表面部分を示す
拡大断面斜視図

【図４】誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視
図

【図５】誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視
図

【図６】誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視
図

【図７】誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視
図

【図８】誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面図

【図９】本発明の他の実施例の太陽電池の表面部分を示
す拡大断面図

【図１０】本発明の他の実施例の太陽電池の表面部分を
示す拡大断面図

【図１１】本発明の他の実施例の太陽電池の概略断面図

【図１２】本発明の他の実施例の太陽電池の概略断面図

【図１３】本発明の他の実施例の太陽電池の概略断面図

【図１４】本発明の他の実施例の太陽電池の概略断面図

【図１５】本発明の他の実施例の太陽電池の概略断面図

【図１６】本発明の他の実施例の太陽電池の概略断面図

【図１７】本発明の他の実施例の太陽電池の概略断面図

【図１８】本発明の他の実施例の太陽電池の概略断面図

【図１９】本発明の他の実施例の太陽電池の拡大平面図

【図２０】本発明の他の実施例の太陽電池の拡大平面図

【図２１】本発明の一実施例の太陽電池と比較例の太陽
電池の分光感度特性を示すグラフ

【図２２】従来の太陽電池の表面に櫛歯状の金属電極を
配設した状態を示す平面図

【符号の説明】

１…太陽電池本体２…誘電体アンテナ４…平面板５…誘電率が低い材料６…凹部７…表面電極７Ａ…裏側反射面８…透明電極９…半導体発電層９Ａ…ｎ型アモルファスシリ
コン層９Ｂ…ｉ型アモルファスシリコン層９Ｃ…ｐ型アモルファスシリコン層１０…裏面電極１０Ａ…光反射面１１…反射防止膜１２…金属電極１２Ａ…本線１２Ｂ…櫛歯電極１３…受光部１４…表面層１５…反射防止膜１６…放射線遮蔽層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片山功京都府京都市西京区樫原畔ノ海道10−72 ＬＪＵＳ中川203 Ｆターム(参考） 5F051 AA05 DA04 FA04 FA06 FA22 FA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体でもって太陽電池本体(1)の表面
側に無数の誘電体アンテナ(2)を突出して設けており、
この誘電体アンテナ(2)の間の凹部(6)に太陽電池本体
(1)の表面電極(7)を配設している太陽電池。
【請求項２】太陽電池本体(1)が表面に透明電極(8)を
有し、この透明電極(8)の表面に表面電極(7)を設けてい
る請求項１に記載される太陽電池。
【請求項３】表面電極(7)が金属である請求項１に記
載される太陽電池。
【請求項４】表面電極(7)が透明電極(8)にオーミック
接続されてなる請求項２に記載される太陽電池。
【請求項５】太陽電池本体(1)が裏面電極(10)を備
え、この裏面電極(10)の表面を光を反射する光反射面(1
0A)としている請求項１に記載される太陽電池。
【請求項６】裏面電極(10)の光反射面(10A)が凹凸面
である請求項５に記載される太陽電池。
【請求項７】太陽電池本体(1)がアモルファスシリコ
ンである請求項１に記載される太陽電池。
【請求項８】誘電体アンテナ(2)と太陽電池本体(1)と
の間に反射防止膜(11)を設けている請求項１に記載され
る太陽電池。
【請求項９】誘電体アンテナ(2)の高さ(T)が太陽電池
本体(1)の最大感度波長λmaxの０．５〜５倍で、最小幅
(D)が高さの０．５〜２倍で、隣接する誘電体アンテナ
(2)の間隔(L)が最大感度波長λmaxの０．５〜１０倍で
ある請求項１に記載される太陽電池。
【請求項１０】誘電体アンテナ(2)の高さ(T)が０．５
〜５μｍである請求項１に記載される太陽電池。
【請求項１１】誘電体アンテナ(2)が多角柱、円柱
状、楕円柱状のいずれかである請求項１に記載される太
陽電池。
【請求項１２】誘電体アンテナ(2)が、平面形状を細
長い長方形とする角柱状、あるいは平面形状において両
端を円弧状とする細長い形状の柱状である請求項１に記
載される太陽電池。
【請求項１３】誘電体アンテナ(2)を形成している誘
電体の誘電率が２〜１０である請求項１に記載される太
陽電池。
【請求項１４】誘電体アンテナ(2)に着色している請
求項１に記載される太陽電池。
【請求項１５】誘電体アンテナ(2)の表面側を平滑面
としている請求項１に記載される太陽電池。
【請求項１６】誘電体アンテナ(2)の表面側に誘電体
からなる表面層(14)を設けており、この表面層(14)に誘
電体アンテナ(2)を埋設している請求項１に記載される
太陽電池。
【請求項１７】表面層(14)の表面を平滑面としている
請求項１６に記載される太陽電池。
【請求項１８】表面層(14)の表面をテクスチュア面と
している請求項１６に記載される太陽電池。
【請求項１９】表面層(14)の表面に反射防止膜(15)を
設けている請求項１７または１８に記載される太陽電
池。
【請求項２０】表面電極(7)の表面に放射線遮蔽層(1
6)を設けている請求項１に記載される太陽電池。